Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Physik

Fachgebiet: Theoretische Physik

Betreuer: Prof. Dr. Werner Vogel



Dipl. Phys. Thomas Kiesel
(e-mail: thomas.kiesel@uni-rostock.de )

Verification of nonclassicality in phase space

Nonclassicality has been introduced to examine the question whether experimental observations can be explained within a classical physical theory. In quantum optics, it is defined as the failure of the so-called Glauber-Sudarshan quasiprobability to be interpreted as a classical probability density. Although this definition has been accepted for several decades, there has been a lack of simple and complete criteria to check whether a given quantum state of light is nonclassical. In this thesis, the experimental use of some nonclassicality criteria is examined. Then, so-called nonclassicality quasiprobabilities are introduced, which allow a complete investigation of nonclassicality of an arbitrary quantum state in a simple manner. Their theoretical background is carefully elaborated, and their use is demonstrated with experimental data. Finally, some issues of the relation between nonclassicality and the special effect of entanglement are discussed, again with the application of experimental measurements.

Der Begriff der Nichtklassizität wurde eingeführt, um Antworten auf die Frage zu finden, ob bestimmte experimentelle Ergebnisse noch mit einer klassischen physikalischen Theorie erklärt werden können. In der Quantenoptik ist Nichtklassizität dadurch definiert, dass die sogenannte Glauber-Sudarshan Quasiverteilung nicht mehr die Eigenschaften einer klassischen Wahrscheinlichkeitsverteilung erfüllt. Obwohl dieses Phänomen bereits seit einigen Jahrzehnten diskutiert wird, fehlten immer noch einfache Kriterien, mit denen man die Frage der Nichtklassizität für einen gegebenen Quantenzustand des Lichts vollständig beantworten kann. In der vorliegenden Dissertation werden einige Kriterien für Nichtklassizität auf ihre experimentelle Anwendbarkeit untersucht. Dann werden sogenannte Nichtklassizitäts-Quasiverteilungen eingeführt, die eine vollständige Untersuchung der Nichtklassizität eines beliebigen Quantenzustands mit einfachen Mitteln erlauben. Ihre theoretischen Grundlagen werden sorgfältig ausgearbeitet, und die Praktikabilität der Methode wird mit experimentell vermessenen Zuständen unter Beweis gestellt. Am Ende werden einige Zusammenhänge zwischen Nichtklassität und ihrem weit verbreiteten Spezialfall, der Verschränkung, diskutiert, wobei ebenfalls experimentelle Daten geeigneter Zustände verwendet werden.