ZweiPhotonen

ZweiPhotonen bezeichnet in der Quantenoptik einen Quantenzustand, der aus zwei Photonen besteht. Solche Zustände können unkorreliert sein oder starke Korrelationen und Verschränkung in Eigenschaften wie Polarisation, Frequenz und Impuls aufweisen. ZweiPhotonen spielen eine zentrale Rolle in Experimenten zur Untersuchung von Quantenstatistik und Verschränkung.

Sie werden typischerweise durch nichtlineare optische Prozesse erzeugt. Die gängigste Methode ist die spontane parametrische Abwärtskonversion SPDC in Kristallen, bei der ein Pumpenphoton in zwei niedrigere Photonen (Signal und Idler) aufgeteilt wird. Der Frequenzpektrum der beiden Photonen ist durch Energie- und Impulserhaltung festgelegt. Typ-I- und Type-II-Phase-Matching führen zu unterschiedlichen Polarisationseigenschaften. Alternativ wird Vierwellenmischung in optischen Fasern eingesetzt, insbesondere in der Telekommunikation.

ZweiPhotonen können in Polarisation, Frequenz, Impuls und Ort stark korreliert oder verschränkt sein. Wenn zwei Photonen in allen Freiheitsgraden identisch sind, zeigen sie Zwei-Photonen-Interferenzphänomene wie den Hong-Ou-Mandel-Effekt: zwei indistinguishable Photonen, die auf einen 50/50-Strahlteiler treffen, exitieren mit hoher Wahrscheinlichkeit zusammen in demselben Ausgang.

Anwendungen der ZweiPhotonen-Korrelationsquantenoptik umfassen die Quantenkommunikation (Verschränkungspaare für QKD), Quanten-Teleportation, Quantenbildgebung (Ghost Imaging) und fortgeschrittene Phasenmessungen mithilfe von NOON-Zuständen. Solche Systeme ermöglichen grundlegende Tests der Quantenmechanik und liefern Ansätze für leistungsfähige Technologien, bergen jedoch Herausforderungen wie Verluste, Detektor-Effizienz und spektrale Eigenschaften der Photonenzustände.