Repeater-based quantum communication with advanced optical encoding
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Quantenkommunikation ermöglicht es Nachrichten informationstheoretisch beweisbar sicher zu verschlüsseln, wobei die Datenübertragungsraten über große Distanzen durch Verlusteund Fehler stark reduziert sind. Diese niedrigen Übertragungsraten können durch den Einsatz von Quantenrepeatern, die die Gesamtdistanz in mehrere kleine Teildistanzenaufteilen, verbessert werden. In dieser Arbeit werden zwei unterschiedliche Ansätze von Quantenrepeatern untersucht. Bezüglich speicherbasierter Quantenrepeater schlagen wir ein neues Schema vor, das auf der Interferenz einzelner Photonen basiert und durch das kürzlich vorgestellte Twin-field Quantenschlüsselaustauschprotokoll inspiriert wurde. Außerdem werden erreichbare Datenübertragungsraten geheimer Schlüssel, die bereits mit kleinen Quantenrepeatern auf unterschiedlichen physikalischen Plattformen erzielt werden können, auf Grundlage von experimentell vorgegebenen Parametern berechnet. Des Weiteren werden auch größere Quantenrepeater untersucht, wobei wir das Dephasieren der Quantenspeicher exakt berechnen. Damit werden dann auch Übertragungsraten geheimer Schlüssel für verschiedene speicherbasierte Quantenrepeater berechnet und miteinanderverglichen. Bezüglich des alternativen Ansatzes eines Quantenrepeaters basierend auf Quantenfehlerkorrekur stellen wir zunächst eine experimentell einfachere Möglichkeit, die auf linearer Optik beruht, vor, um das Fehlersyndrom eines GKP Codes zu bestimmen.Diese Methode führt zusätzlich zu geringeren Fehlerraten und wir diskutieren auch Grenzen der linearen Optik. Schlussendlich wenden wir diese Methoden im Kontext eines auf GKP Qudits basierenden Quantenrepeaters an. Dabei zeigt sich, dass es für in der näheren Zukunft experimentell sinnvolle Parameter besser ist GKP Qubits anstatt höherdimensionaler GKP Qudits zu nutzen.