Quantum Information Theory with Gaussian Systems

Diese Dissertation wendet Konzepte der abstrakten Quanteninformationstheorie auf Systeme kontinuierlicher Variablen an, wie z.B. den quantenmechanischen harmonischen Oszillator. Insbesondere befasst sie sich mit den Eigenschaften gaußscher Zustände und Systeme; dadurch reduziert sich die Komplexität vieler Fragestellungen, die sonst schwer zu behandeln sind. Darüber hinaus spielen gaußsche Zustände und Systeme eine wichtige Rolle in Experimenten z.B. der Quantenoptik. Beispiele für gaußsche Zustände sind kohärente, thermische und gequetschte Zustände einer Lasermode. Die Ergebnisse dieser Dissertation fallen in drei Gebiete: Klonen kohärenter Zustände -- Aus fundamentalen Gründen können Quantenzustände im allgemeinen nicht perfekt kopiert werden. Kapitel 3 untersucht das approximative Klonen kohärenter Zustände. Dabei zeigt sich, dass gaußsche Kloner nur optimal sind, wenn der Gesamtzustand betrachtet wird; gewichtete Einzelklone werden dagegen durch nichtgaußsche Kloner optimiert. Die maximalen Fidelities werden für den Gesamtzustand analytisch und für den Fall zweier Einzelklone numerisch berechnet. Außerdem lässt sich die Gültigkeit der Fidelity-Schranke des klassischen Klonens erweitern und zu einem Erfolgskriterium für Quantenteleportation in Beziehung setzen. Gaußsche Quantenzellularautomaten (QCA) -- QCA bilden ein Modell für universelles Quantenrechnen und stellen ein alternatives Konzept für experimentelle Realisierungen dar, z.B. in optischen Gittern. Für eine Beispielklasse reversibler gaußscher QCA charakterisiert Kapitel 4 stationäre Zustände und zeigt, wie Irreversibilität entsteht. Außerdem werden konzeptionelle Probleme bei der Definition irreversibler QCA diskutiert. Verschlüsselte gaußsche Quantenkanäle -- Kapitel 5 entwirft eine Quantenverschlüsselung für kohärente Zustände mit klassischem Einmalschlüssel endlicher Genauigkeit. Für vorgegebene Sicherheit wird die Länge des Schlüssels abgeschätzt.