Inhalt 1.Atome als Quantenmechnische Teilchen 1.Wiederholung Interferenz und Doppelspalt,...
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Inhalt 1.Atome als Quantenmechnische Teilchen 1.Wiederholung Interferenz und Doppelspalt, Paradoxien, Delayed Choice 2.Doppelspaltversuche mit Teilchen:
Inhalt 1.Atome als Quantenmechnische Teilchen 1.Wiederholung
Interferenz und Doppelspalt, Paradoxien, Delayed Choice
2.Doppelspaltversuche mit Teilchen: 1.Elektronen 2.Atome, Molekle
3.Dekohrenz: Teilchenstreuung, Lichtstreuung, thermische Emission
4.Beispiel H 2 5.Quantenkryptographie 6.Lichtgitter 7.Atomspiegel
2.Wechselwirkung mit Atomen 1.Photon-Atom Wechselwirkung
1.Wiederholung: Photoeffekt, Comptoneffekt, 2.Winkel- und
Energieverteilungen 3.Doppelanregung, Interferenzeffekte
4.Mehrfachionisation: Mechanismen, Energie- und Winkelverteilungen
5.Molekulare Photoionisation: Hhere Drehimpulse 2.Atome in starken
Laserfeldern 1.Multiphotonenionisation 2.Tunnelionisation 3.Der
Rckstreumechanismus: Hhere Harmonische, hochenergetische
Elektronen, Doppelionisation 4.Mehrfachionisation: Mechanismen,
Impulse und Energien 3.Ion-Atom Ste 1.Elektronentransfer
2.Ionisation
Folie 2
1)auch individualisierte Teilchen mit vielen inneren
Freiheitgraden zeigen Interferenz 2)Streuung von Licht und Teilchen
zerstrt graduell den Kontrast 3)Thermische Emission zerstrt die
Interferenz
Folie 3
Verlust an Interferenz: Streuung: Impulsbertrag Verschrnkung
Quanteneraser Dekoherenz (Verschrnkung mit Umwelt)
Folie 4
Inhalt 1.Atome als Quantenmechnische Teilchen 1.Wiederholung
Interferenz und Doppelspalt, Paradoxien, Delayed Choice
2.Doppelspaltversuche mit Teilchen: 1.Elektronen 2.Atome, Molekle
3.Dekohrenz: Teilchenstreuung, Lichtstreuung, thermische Emission
4.Beispiel H 2 5. Quantenkryptographie 6.Lichtgitter 7.Atomspiegel
2.Wechselwirkung mit Atomen 1.Photon-Atom Wechselwirkung
1.Wiederholung: Photoeffekt, Comptoneffekt, 2.Winkel- und
Energieverteilungen 3.Doppelanregung, Interferenzeffekte
4.Mehrfachionisation: Mechanismen, Energie- und Winkelverteilungen
5.Molekulare Photoionisation: Hhere Drehimpulse 2.Atome in starken
Laserfeldern 1.Multiphotonenionisation 2.Tunnelionisation 3.Der
Rckstreumechanismus: Hhere Harmonische, hochenergetische
Elektronen, Doppelionisation 4.Mehrfachionisation: Mechanismen,
Impulse und Energien 3.Ion-Atom Ste 1.Elektronentransfer
2.Ionisation
Folie 5
Thomas Young 1801 Atomoptics today Molecular Photoionization
circular polararized Cohen & Fano Briggs Diplomarbeit:
Katharina Kreidi (2006) Dominique Akoury (2007)
Folie 6
H 2 as Double Slit
Folie 7
electron energy: 190 eV wavelength: 1.7 a.u. Slit: 1.4
a.u.
Folie 8
double slit: cos(k * R/2) RPA S. Semenov, N. Cherepkov Multiple
Scattering R. Diez Muino 1. electron wavelength varies circular
light 2. Circular light 3. Scattering
Folie 9
E(e1) = 190 eV E(e2) = 5 eV single ionizaton double ionization
with one slow electron double ionization Second e - observer
Folie 10
E(e1) = 190 eV E(e2) = 5 eV single ionizaton double ionization
with one slow electron double ionization Second e - observer E(e1)
= 95 eV E(e2) = 14 eV QuantumClassical (interference) No
Interference
Folie 11
What makes the Macroworld classical? How many particles does it
need? What is the transition? ~ is small Decoherence by
entanglement/ interaction
Folie 12
r2) What makes the Macroworld classical? ~ is small Decoherence
by entanglement/ interaction r 1 ) Coulomb Interaction Gravity
Collisions Thermal Radiation Electron-scattering Second
electron
Folie 13
r2) What makes the Macroworld classical? ~ is small Decoherence
by entanglement/ interaction r 1 ) Coulomb Interaction Gravity
Collisions Thermal Radiation Environment Rest of Universe Complete
Decoherence Fully classical
Folie 14
What makes the Macroworld classical? How many particles does it
need? What is the transition? Second electron
Folie 15
Angle between electron fast electron E(e1) = 95 eV E(e2) = 15
eV
Folie 16
between electrons fast e - E(e1) = 95 eV E(e2) = 15 eV fast e
-
Folie 17
decoherence by electron-electron interaction? double ionization
E(e1) = 95 eV E(e2) = 15 eV
Folie 18
entangled 2-body wave function What happens if one measures
recoil on slit?
Folie 19
entangled 2-body wave function (k p1 + k p2 ) Momentum transfer
to double slit
Folie 20
Step 1: Electronic part Momentum conservation nuclear part
Momentum conservation nuclear part Step 2: Electronic part
Folie 21
Verschrnkung EPR Quantenkryptographie
Folie 22
Reality (if predictibal with 100% certainty its part of
reality) Completeness (a complete theory must describe all of
reality) Locality -> QM does not allow for all three EPR
concluded -> incomplete Today -> non local BUT: Einstein no
problem no information Heute: Nichtlokalitt ber viele km
demonstriert Was unterscheidet EPR von klassischer Impulserhaltung?
Bsp: Wasserstoffatom: Elektron/Kern VS Mondbahn
Folie 23
Quantenkryptographie Ziel: eine Nachricht absolut abhrsicher zu
bertragen Trick: Nutze die Unschrferalation, da jede Messung einen
Quantenzustand ndert. A (lice): Sender B (ob): Empfnger E(ve):
Eavesdropper (Lauscher)
Folie 24
Vorbemerkung 1: Ein einmaliger Schlssel
Folie 25
Quantenkryptographie Alice: Text : 1000101010101001011 Geheimer
Schlssel: 0011011101101001100 _____________________________________
Gesendete Nachricht: 1011100111000000111 Bob (Empfnger): Empfangene
Nachricht: 1010100111000000111 Geheimer Schlssel:
0011011101101001100 _______________________________________
Entschlsselt: 1000101010101001011 Ziel: eine Nachricht absolut
abhrsicher zu bertragen Trick: Nutze die Unschrferalation, da jede
Messung einen Quantenzustand ndert.
Folie 26
Vorbemerkung 2: Polarisiertes Licht
Folie 27
Zirkulares Licht: Perspektive der Klassischen Physik
1.elektrischer Feldvektor Rotiert 2.kohrente berlagerung aus zwei
senkrechten linearen Lichtfeldern mit verschobener Phase
Quantenmechansiche Beschreibung: Whle eine beliebige ortonormale
vollstndige Basis (2 Zustnde) a) |> | > b) | > | > c) |
> | >
Folie 28
Folie 29
Folie 30
Folie 31
Folie 32
BB84 Protokoll 1984 Charles Bennet (IBM) Gilles Brassard (Uni
Montreal) Proceeding of IEEE Conference on Computers, Systems, and
Signal Processing, Bangalore, India S 175 (1984) 1)Alice schickt
Photonen mit ausgewhlter Polarisation an Bob 2)Bob misst 3)Alice
und Bob kommunizieren ffentlich welche Polarisation -> Falls
jemand die Photonen belauscht wird das bemerkt
Folie 33
Schritt 1: Alice whlt statistisch Alphabet, (Basis)
Polarisation a) |> | > b) | > | > 01 Alice fhrt Liste
Ob a) oder b) Schritt 2: Bob whlt zufllig Basis a)oder b) und Misst
ob ein Photon Ankommt Fhrt Liste ob a) oder b) Schritt 3: Alice und
Bob Tauschen ffentlich Ihre Listen ber die Basis fr jedes Photon
Aus Aber nicht die info ob 1 oder 0 Schritt 4: Beide nehmen Nur die
submenge Als Schlssel, bei der sie die gleiche Basis hatten
Folie 34
Alice kann so keine Information (von ihr zu bestimmende
Bitfolge) an Bob bermitteln Da sie nicht weiss welches ihrer
Photonen ausgewhlt wird Einziger Erfolg: beide haben den Gleichen,
aber nicht vorherbestimmbaren Schlssel
Folie 35
Abhhrsicherheit: Lauscher muss wieder ein Photon losschicken um
nicht bemerkt zu werden Er muss eine Basis whlen, 50% Richtige
Basis, kennt das Photon, kann korrekt klonen 50% Falsche Basis, 25%
Richtige Antwort -> 25% Bobs Messung gendert -> Alice und Bob
tauschen viele Ergebnisse offen aus und sehen nach
Folie 36
Alternative: Schlsselbermittlung mit verschrnkten Photonen
Quelle von Verschrnkten Photonenpaaren (z.B. gesamt Drehimpuls 0)
Messe in 45 0 Basis 50% 1, 50% 0 Mit der Messung bei Alice wird
auch das Ergebnis von Bob festgelegt 1001110011 0110001100
Gleicher, aber zuflliger Schlssel NICHT ABHRSICHER! Aber EPR