Dr. Gregor Pieplow

Dr. Gregor Pieplow forscht an integrierten Quantenspeichern mit Defektzentren in Diamant sowie an der Erzeugung und Validierung hochdimensional verschränkter Photonenzustände. Sein Fokus liegt auf der experimentellen Realisierung von Spin-Photon-Schnittstellen und deterministischen Quantengattern, um Quanteninformation speichern und abrufen zu können. Diese Arbeiten adressieren zentrale Herausforderungen der Quantentechnologie und könnten Anwendungen in Quantencomputing, Quantenkommunikation und Quantensensorik ermöglichen.

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

  Quelle ↗

  Im Zentrum der Quantenphysik und Quantentechnologie steht das faszinierende Phänomen der Verschränkung, von dem sich die Gesellschaft im Rahmen der zweiten Quantenrevolution verbesserte und völlig neuartige technische Anwendungen erhofft. Verschränkte Quantenzustände sind extrem schwer zu erzeugen und zu validieren. Erst vor 50 Jahren wurde gezeigt, dass verschränkte Zustände die Bellschen Ungleichungen verletzen, wobei zwei verschränkte quantisierte Zustände elektromagnetischer Strahlung, sogenannte Einzelphotonen-Zustände, verwendet wurden. Für diese Leistung wurde 2022 der Nobelpreis für Physik verliehen. Seitdem sind verschränkte Zustände Motor für Grundlagen- und angewandte Forschung. Interessanterweise kann Verschränkung theoretisch zwischen einer beliebigen Anzahl von Photonen erzeugt werden. Ihre Erzeugung war jedoch sehr schwierig, und in den letzten Jahren wurde die Größe eindimensionaler verschränkter Photonenzustände bis 2022 auf 14 erhöht. Der langsame Fortschritt wird hauptsächlich 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 ermöglicht. Durch die Multiplexierung mehrerer solcher Schnittstellen lassen sich große 2D- und sogar 3D-Photonengraphzustände erzeugen. Diese Zustände sind so komplex, dass zu ihrem Verständnis neue theoretische Modelle erforderlich sind. Die Verwendung von Zuständen, deren Dichtematrix mit klassischen Computern niemals berechnet werden könnte, 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 möglicherweise verbesserte Protokolle in der fehlertoleranten Quanteninformationsverarbeitung und sogar völlig neue Anwendungsfälle, die parallel und über HyperGraph hinaus entwickelt werden.

• Cat states in a driven superfluid: role of signal shape and switching protocol

  2021

  The European Physical Journal Special Topics · DOI

• The influence of experimental imperfections on photonic GHZ state generation

  2024

  New Journal of Physics · DOI

  Abstract While the advantages of photonic quantum computing, including direct compatibility with communication, are apparent, several imperfections such as loss and distinguishability presently limit actual implementations. These imperfections are unlikely to be completely eliminated, and it is therefore beneficial to investigate which of these are the most dominant and what is achievable under their presence. In this work, we provide an in-depth investigation of the influence of photon loss, multi-photon terms and photon distinguishability on the generation of photonic 3-partite Greenberger–Horne–Zeilinger states via established fusion protocols. We simulate the generation process for spontaneous parametric down-conversion and solid-state-based single-photon sources using realistic parameters and show that different types of imperfections are dominant with respect to the fidelity and generation success probability. Our results indicate what are the dominant imperfections for the different photon sources and in which parameter regimes we can hope to implement photonic quantum computing in the near future.

• Zur lipidverteilung in der meerschweinchenschnecke