Multidimensional Hyperentangled Photon Graph States: Creation, Validation and Application (HyperGraph)

Im Zentrum der Quantenphysik und Quantentechnologie steht das faszinierende Ph?nomen der Verschr?nkung, von dem sich die Gesellschaft im Rahmen der zweiten Quantenrevolution verbesserte und v?llig neuartige technische Anwendungen erhofft.

Verschr?nkte Quantenzust?nde sind extrem schwer zu erzeugen und zu validieren. Erst vor 50 Jahren wurde gezeigt, dass verschr?nkte Zust?nde die Bellschen Ungleichungen verletzen, wobei zwei verschr?nkte quantisierte Zust?nde elektromagnetischer Strahlung, sogenannte Einzelphotonen-Zust?nde, verwendet wurden. Für diese Leistung wurde 2022 der Nobelpreis für Physik verliehen.

Seitdem sind verschr?nkte Zust?nde Motor für Grundlagen- und angewandte Forschung. Interessanterweise kann Verschr?nkung theoretisch zwischen einer beliebigen Anzahl von Photonen erzeugt werden. Ihre Erzeugung war jedoch sehr schwierig, und in den letzten Jahren wurde die Gr??e eindimensionaler verschr?nkter Photonenzust?nde bis 2022 auf 14 erh?ht. Der langsame Fortschritt wird haupts?chlich durch die Entwicklung deterministischer Einzelphotonenquellen begrenzt.

Kürzlich habe ich eine neuartige Spin-Photon-Schnittstelle in Diamant entwickelt, deren Emitter-Detektor-Effizienz theoretisch über 99 % und realistisch bis zu 90 % liegt. Diese Rekordwerte werden durch die Sawfish-Schnittstelle erm?glicht. Durch die Multiplexierung mehrerer solcher Schnittstellen lassen sich gro?e 2D- und sogar 3D-Photonengraphzust?nde erzeugen.

Diese Zust?nde sind so komplex, dass zu ihrem Verst?ndnis neue theoretische Modelle erforderlich sind. Die Verwendung von Zust?nden, deren Dichtematrix mit klassischen Computern niemals berechnet werden k?nnte, ist in der Tat ein konzeptionelles Problem in der Theorie. In diesem Bereich wird die experimentelle Forschung von HyperGraph Konzepte und neue Entdeckungen in der Theorie anregen. Darüber hinaus erwarte ich aufgrund der vielen Verbindungsgrade zwischen den einzelnen Qubits innovative Konzepte für die Fehlerkorrektur, neuartige und m?glicherweise verbesserte Protokolle in der fehlertoleranten Quanteninformationsverarbeitung und sogar v?llig neue Anwendungsf?lle, die parallel und über HyperGraph hinaus entwickelt werden.