Quantengrenzen in Netzwerken

Das Gebiet der Quanteninformation hat aufgrund seiner vielversprechenden technologischen Anwendungen und seiner grundlegenden Bedeutung für das Verständnis unserer aktuellen Beschreibung der Realität erhebliches Interesse geweckt. Kurz gesagt, untersucht die Quanteninformation, wie sich die operationellen Fähigkeiten eines physischen Akteurs ändern, wenn er über Quanten Ressourcen verfügt, und welche nützlichen Aufgaben er durchführen oder verbessern kann (insbesondere, aber nicht nur, Kommunikationsaufgaben). In den letzten Jahren sind sowohl die theoretischen Bemühungen als auch die technologischen Fortschritte so weit gereift, dass Quanteninformation Protokolle in multiparteitischen Einstellungen mit mehreren Akteuren und Quellen, manchmal auch als Quanten Netzwerke bezeichnet, erforscht werden können. Dieser Ansatz hat sich als förderlich für die Werkzeuge und den Umfang des Feldes erwiesen, ist jedoch noch weit davon entfernt, umfassend verstanden zu werden. In diesem Projekt zielen wir darauf ab, unser Wissen über die Quantentheorie und ihre operationellen Grenzen durch den Netzwerkansatz zu erweitern. Konkret werden wir praktische Aufgaben in den Bereichen Messtechnik, Thermodynamik, Hardware-Zertifizierung und Kommunikation untersuchen. Wir werden das Ausmaß und die Grenzen dieser Aufgaben untersuchen, wenn die Parteien in einfachen Netzwerken angeordnet sind, d.h. Netzwerken, die entweder klein oder mit einer einfachen Topologie ausgestattet sind. Wir werden uns insbesondere auf die Grenzen zwischen Situationen konzentrieren, in denen die Parteien entweder auf: 1) klassische Systeme, 2) Quantensysteme oder möglicherweise 3) Objekte mit post-quantenmechanischen Verhaltensweisen einwirken können. Einige der Fragen, die wir beantworten möchten, sind: - Was sind die einfachsten Netzwerk-Experimente mit einem quantenmechanischen Vorteil? Welche Anwendungen können sie haben? - In welchen Situationen sind kollektive quantenmechanische Effekte nützlich für das Messen und wann reicht es aus, klassische metrologische Sonden zu verwenden? - Können wir uns Tests für die Verletzung der Quantenmechanik in Vielteilchen Experimenten unter Einbeziehung der Gravitation vorstellen? Da wir uns der Prüfung der Grenzen der Quantentheorie widmen werden, werden wir uns insbesondere auf Experimente konzentrieren, bei denen Teilmengen eines gegebenen Netzwerks (wie die Quanten Inputs in einigen seiner Knoten) gut charakterisiert sind und inwieweit dieses Vertrauen genutzt werden kann, um andere (möglicherweise globale) Eigenschaften des Netzwerks zu zertifizieren. Diese Szenarien eignen sich besonders für Quantenoptik-Plattformen und ermöglichen auch die Entwicklung nützlicher Protokolle für Kommunikation und Sensortechnik. Tatsächlich wird unsere Forschung im Wesentlichen theoretisch sein, aber sie hat das Potenzial, experimentell mit aktueller und kurzfristig verfügbarer Technologie verifiziert zu werden.