Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF

Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF

QUILT Herbstschule 2018

»Quantum-Enhanced Imaging and Spectroscopy«

Im Bereich der Quantenphysik konnten in den letzten Jahren wichtige Fortschritte erzielt werden, unter anderem bei der Erzeugung und Manipulation von maßgefertigten Quantenzuständen und deren Anwendungen in Kommunikation, Datenverarbeitung, Simulation und Metrologie. Korrelierte oder verschränkte Photonen mit gleichzeitig unterschiedlicher Wellenlänge eröffnen darüber hinaus neue Pfade in der Bildgebung und Messtechnik im gesamten elektromagnetischen Spektralbereich auch jenseits des Fensters von hochsensitiven Silizium-Detektoren (200 nm - 1100 nm).

Für die diesjährige Herbstschule zum Thema “Quantum-Enhanced Imaging and Spectroscopy” haben wir Wissenschaftler von auf diesem Gebiet führenden Forschungsgruppen als Vorlesende eingeladen. Die Tage am DPG Physikzentrum sollen die Möglichkeit bieten Informationen zu aktuellen Trends aus erster Hand zu erhalten und sowohl fundamentale als auch anwendungsbezogene Aspekte zu diskutieren. Die Teilnehmer sind eingeladen, ihre aktuellen Arbeiten im Rahmen einer Postersitzung zu präsentieren und zu diskutieren.

  • Organisatoren: Fraunhofer Gesellschaft (IOF/IPM)
  • Zeit: Sonntag, 9. September (nachmittags) - bis Mittwoch, 12. September, nach dem Mittagessen
  • Ort: Physikzentrum Bad Honnef, Deutschand
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Referenten

Referent Zugehörigkeit  
Maria Chekhova Max-Planck Institute for the Science of Light, Quantum Radiation Group (QuaRad)  
Armin Hochrainer Institute of Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI) Vienna of the Austrian Academy of Sciences (ÖAW)  
Paul-Antoine Moreau University of Glasgow, Physics & Astronomy  
Sven Ramelow Humboldt-Universität zu Berlin, Institut für Physik, Nichtlineare Quantenoptik  
Ivano Ruo-Berchera
INRIM (Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica), Metrologia Fisica
 
Yanhua Shih University of Maryland, Baltimore County, Department of Physics  

Programm

  Sonntag Montag Dienstag Mittwoch
Frühstück   Frühstück Frühstück Frühstück
Morning 1   Shih
Two-photon interference		 Shih
Quantum imaging		 Moreau
Single-pixel imaging
Morning 2   Ramelow/Hochrainer
Introduction to induced coherence
and its use in imaging		 Moreau
Alternative techniques
in Quantum imaging		 Chekhova
SPDC from thin films
Mittagessen   Mittagessen Mittagessen Mittagessen
Afternoon 1   Hochrainer
Spatial correlations in induced coherence		 Ruo-Berchera
Imaging and sensing beyond
the classical limits
with sub-Poissonian light:
Essential overview		  
Afternoon 2   Ramelow
Application of induced coherence for
imaging, spectroscopy and OCT		 Ruo-Berchera
Quantum imaging protocols
and their realization		  
Afternoon 3   Poster session Chekhova
Quantum imaging: new ideas		  
Abendessen Abendessen Abendessen Abendessen  

 

Posterformat max. A0

 

Biographien der Sprecher

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Maria Chekhova,Max Planck Institute for the Science of Light, Erlangen

 

Maria Chekhova promovierte 1989 an der Lomonosov Moscow State University (Russland) und habilitierte dort im Jahre 2004. Derzeit leitet Sie eine Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts in Erlangen wo die Erzeugung und Anwendungen nicht-klassischem Lichts (Einzelphotonen, Photonenpaare, Twin-Beams) erforscht werden. Sie lehrt Quantenoptik-Kurse an der Universität Erlangen-Nürnberg und einen Kurs zu nicht-klassischem Licht an der Moscow State University. M. Chekhova hat über 100 Publikationen in Journalen mit Peer-Review Verfahren.

Aktuelle Publikationen:

[1] P.R. Sharapova, O.V. Tikhonova, S. Lemieux, R.W. Boyd, M.V. Chekhova, “Bright squeezed vacuum in a nonlinear interferometer: Frequency and temporal Schmidt-mode description” , Physical Review A 97 (5), 053827 (2018)

[2] M.V. Chekhova, Z.Y. Ou, “Nonlinear interferometers in quantum optics”, Advances in Optics and Photonics 8 (1), 104-155 (2016)

[3] S. Lemieux, M. Manceau, P.R. Sharapova, O.V. Tikhonova, R.W. Boyd, ...”Engineering the frequency spectrum of bright squeezed vacuum via group velocity dispersion in an SU (1, 1) interferometer“; Physical review letters 117 (18), 183601 (2016)

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Armin Hochrainer, Institute of Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI) Vienna

 

Armin Hochrainer erhielt seinen MSc. in Physik mit Auszeichnung an der Technischen Universität Wien im Jahr 2014. Seit 2013 forscht er bereits am Institut für Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI) an der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW). Seit 2015 ist er Mitglied der Vienna Doctoral School for Complex Quantum Systems (CoQuS). Er promoviert gegenwärtig an der Universität Wien und forscht dabei an den Grundlagen der Quantenmechanik sowie Anwendungen im Bereich Quantum-Imaging und –Metrologie. A. Hochreiner entwickelte u.A. ein Schema zur Messung von Impuls-Korrelationen von Photonenpaaren basierend auf der Methode des Quantum-Imaging vermittels nicht-detektierter Photonen. Darüber hinaus hat er einen Bachelor in Medien.

Aktuelle Publikationen:

[1] Hochrainer A., Lahiri M., Lapkiewicz R., Lemos G. B., and Zeilinger A., "Interference fringes controlled by noninterfering photons." Optica 4, 341 (2017).

[2] Hochrainer A. Lahiri M., Lapkiewicz R., Lemos G. B., and Zeilinger A., "Quantifying the momentum correlation between two light beams by detecting one." PNAS 114 (7), 1508 (2017).

[3] Lahiri M., Hochrainer A., Lapkiewicz R., Lemos G.B., Zeilinger A. “Twin-photon correlations in single-photon interference.” Physical Review A  96(1), 013822 (2017).

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Paul-Antoine Moreau, University of Glasgow, Physics & Astronomy

 

Paul-Antoine Moreau ist Marie Skłodowska-Curie Research Fellow in der Optik-Gruppe an der University of Glasgow. Er erhielt seinen PhD im Bereich Optik an der University of Bourgogne Franche-Comté im Jahr 2015. Hiernach forschte er als PostDoc an der University of Bristol am Zentrum für Quanten-Photonik. Seine gegenwärtigen Forschungsinteressen liegen in den Themenfeldern Quantenmesstechnik, Quanten-Bildgebung und Photonik in der räumlichen Domäne.

Aktuelle Publikationen:

[1] P.-A. Moreau, E. Toninelli, T. Gregory, & M. J. Padgett, “Ghost imaging using optical correlations” Laser & Photonics Reviews, 12, 1700143 (2018).

[2] P.-A. Moreau, J Sabines-Chesterking, R Whittaker, et al. "Demonstrating an absolute quantum advantage in direct absorption measurement." Scientific reports 7.1: 6256 (2017).

[3] P.-A. Moreau, F. Devaux & E. Lantz, “Einstein-Podolsky-Rosen paradox in twin images” Physical review letters, 113, 160401 (2014).

 

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Dr. Sven Ramelow, Humboldt-Universität zu Berlin

 

Sven Ramelow forscht seit über 10 Jahren auf dem Gebiet der Einzelphotonen. Nach seinem Studium der Physik an der Humboldt Universität zu Berlin promovierter er in der Gruppe von Anton Zeilinger an der Universität von Wien, wo er im Anschluss auch seinen ersten PostDoc Aufenthalt absolvierte. Dort widmete er sich einer Vielzahl von fundamentalen Forschungsfragen der experimentellen Quantenphysik sowie diversen Anwendungsszenarien aus dem Bereich des Quanten-Imagings und –Kommunikation. Während seines zweiten PostDoc Aufenthalts an der Cornell University (USA) bei Prof. Alex Gaeta erweiterte er seine Expertise im Bereich integrierter Quantenoptiken und Quantenfrequenzumwandlungen. Seit 2017 etabliert Dr. Ramelow eine Emmy-Noether Forschergruppe an der Humboldt-Universität zu Berlin und arbeitet dort an SPDC-basierten Bildgebungs- und Spektroskopie-Verfahren mit nicht-detektierten mid-IR Photonen.

Aktuelle Publikationen:

[1] C. Joshi, A. Farsi, S. Clemmen, S. Ramelow, A. L. Gaeta, “Frequency Multiplexing for Quasi-Deterministic Heralded Single-Photon Sources“, Nature Comm. 9, 847 (2018)

[2] S. Clemmen, A. Farsi, S. Ramelow, A. L. Gaeta, “Ramsey interference with single photons“, Phys. Rev. Lett. 117, 223601 (2016)

[3] G. Baretto Lemos, V. Borish, G. D. Cole, S. Ramelow, R. Lapkiewicz, A. Zeilinger, “Quantum Imaging with Undetected Photons”, Nature 512, 409 (2014)

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Ivano Ruo-Berchera, INRIM (Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica), Metrologia Fisica

 

Ivano Ruo-Berchera promovierte im Bereich Physik im Jahr 2007 am Politecnico di Torino (Italien) und ist seit 2010 Wissenschaftler am INRIM, dem Italienischem Institut für Forschung in der Metrologie. Seine Arbeiten fokussieren sich dabei hauptsächlich auf Quantenoptik und die experimentelle Anwendung von nicht-klassischen Zuständen von Licht in der Metrologie, e.g. Verbesserungen durch Quantenphysik im Bereich der Bildgebung, Messung und Radiometrie. Er ist Mitverfasser zahlreicher Publikationen in renommierten internationalen Fachzeitschriften der Physik und Photonik (Google Scholar Metriken bis July 2018: 1100 citations, H-index 15) und war bereits ca. 20 male eingeladener Sprecher auf nationalen und internationalen Konferenzen. Er ist Mitorganisator der QUANTUM2017 Konferenz, einer der meistbeachteten Konferenzen auf dem Gebiet der Quantenoptik und Quanteninformationstechnologie.

Ausgewählte Publikationen zum Thema:

[1] G. Brida,  M. Genovese,  I. Ruo-Berchera,  Experimental realization of sub-shot-noise quantum imaging, Nature Photonics 4, 227- 230 (2010); DOI: 10.1038/nphoton.2010.29.

[2] Samantaray, N., Ruo-Berchera, I., Meda, A., Genovese, M., Realization of the first sub-shot-noise  wide field microscope, Light: Science & Applications 6, e17005 (2017); DOI: 10.1038/lsa.2017.5

[3] Lopaeva, E. D., Ruo Berchera, I., Degiovanni, I. P., Olivares, S., Brida, G., and Genovese, M., Experimental Realization of Quantum Illumination, Phys.Rev. Lett. 110, 153603 (2013); DOI:10.1103/PhysRevLett.110.153603.

[4] D. Gatto Monticone, K. Katamadze, P. Traina, E. Moreva, J. Forneris, I. Ruo-Berchera, P. Olivero, I.P. Degiovanni, G. Brida, M. Genovese, "Beating the Abbe Diffraction Limit in Confocal Microscopy via Nonclassical Photon Statistics", Phys. Rev. Lett. 113, 143602 (2014).

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Yanhua Shih, University of Maryland, Baltimore County


Yanhua Shih promovierte in Physik am Department of Physics and Astronomy der University of Maryland at College Park (USA) im Jahr 1987. Wenig später (1989) etablierter er das Quantum Optics Laboratory an der University of Maryland at UMBC (Baltimore County Campus). Seitdem gilt seine Gruppe als eines der führenden auf dem Gebiet der Quantenoptik und Quanteninformationstechnologie. Er leistete Pionierarbeiten in der Erforschung der Multiphotonenverschränkung, Multiphoton-Interferometrie und –Kohärenz sowie des Quanten-Imagings und generierte dabei großes Interesse an diesen Themen bei Physikern und Ingenieuren gleichermaßen. Seine Forschung erlaubte wegweisende praktische Anwendungen von Verschränkungen in der Metrologie und Kryptographie. Er kooperiert national und international mit herausragenden Forschungsgruppen zusammen. Im Jahre 2002 erhielt Yanhua Shih die „Willis Lamb Medal“ für seine wegweisenden Beiträge in der Quantenoptik und insbesondere seiner Erforschung der Kohärenzeffekte in verschränkten Multiphotonenzuständen. In den letzten 10 Jahren publizierte er über 100 Artikel in renommierten Fachzeitschriften und gab über 100 eingeladene Vorträge auf sowohl nationalen als auch internationalen Konferenzen bzw. Workshops.

Quantum Imaging verwandte Publikationen:

[1] Y.H. Shih, An Introduction to Quantum Optics: Photon and Biphoton Physics, CRC press, Taylor & Francis, 1st edition (2011).

[2] T.B. Pittman, D.V. Strekalov, A.V. Sergienko and Y.H. Shih, “Optical Imaging by Means of Two-Photon Entanglement”, Phys. Rev. A 52, , Rapid Comm., R3429 (1995).

[3] D.V. Strekalov, A.V. Sergienko, D.N. Klyshko, and Y.H. Shih, “Observation of Two-Photon ‘Ghost’ Interference and Diffraction”, Phys. Rev. Lett., 74, 3600 (1995).

[4] A. Valencia, G. Scarcelli, M. D'Angelo, and Y.H. Shih, “Two-photon Imaging with Thermal Light”, Phys. Rev. Lett., 94, 063601 (2005).

[5] G. Scarcelli, V. Berardi and Y.H. Shih, “Can Two-Photon Correlation of Chaotic Light Be Considered as Correlation of Intensity Fluctuation?” Phys. Rev. Lett., 96, 063602 (2006).

[6] R.E. Meyers, K.S. Deacon, and Y.H. Shih, “Ghost Imaging Experiment by Measuring Reflected Photons”, Phys. Rev. A 77, Rapid Comm., 041801(2008).

[7] R.E. Meyers, K.S. Deacon, and Y.H. Shih, “Turbulence-free Ghost Imaging”, Applied Phys. Lett., 98, 111115 (2011).

[8] R.E. Meyers, K.S. Deacon, and Y.H. Shih “Positive-negative Turbulence-free Ghost Imaging”, Applied Phys. Lett., 100, 131114 (2012).

[9] T. Smith and Y.H. Shih, “Turbulence-free Double-slit Interferometer”, Phys. Rev. Lett., 120, 063606 (2018).

Gebühren

Die Teilnahmegebühren betragen 87€ pro Person und Übernachtung (Einzelzimmer, Vollpension). Für die Gesamtdauer der Veranstaltung von Sonntagnachmittag bis Mittwochnachmittag, 3 Übernachtungen, 09.09.2018 – 12.09.2018) betragen die Gebühren 261€.

Teilnehmer haben die Gebühr vor Ort an die DPG zu entrichten (mögliche Zahlungsweisen: Bar (präferiert), EC-Karte, Maestro-Karte, jedoch keine American Express oder Kredit-Kartenzahlung möglich)

Adresse

Physikzentrum Bad Honnef
Hauptstraße 5
53604 Bad Honnef, Gemany

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Mit dem Auto:

 

von Norden:

A3 - Heumarer Dreieck - A59 fortgeführt als B42 nach Bad Honnef - Ausfahrt Rhöndorf, folgen Sie der Rhöndorfer Straße, die in die Hauptstrasse übergeht (ca. 2 km), auf der linken Seite finden Sie das Physikzentrum (Ecke Meßbeuel).

von Süden:

A3 Frankfurt-Köln Ausfahrt Bad Honnef-Linz durch das Schmelztal nach Bad Honnef, folgen Sie der Hauptstraße bis eine scharfe Linkskurve kommt, danach sofort wieder rechts abbiegen (Am Saynschen Hof). Diesem Straßenverlauf (Vorfahrtsstraße) ca. 1,5 km folgen, auf der rechten Seite finden Sie das Physikzentrum Bad Honnef.

 

Mit dem Zug:

 

Von Köln:
Richtung Koblenz (rechte Rheinseite) nach Rhöndorf.

Von Frankfurt:

  • über Siegburg (ICE) nach Troisdorf und dann nach Rhöndorf (rechte Rheinseite).
  • oder über Koblenz (deutlich preiswerter! praktisch die gleiche Fahrtdauer).

Von Bonn (Hauptbahnhof):

  • Nehmen Sie ein Taxi von der Vorderseite des Bahnhofs nach PBH (Entfernung 18 km)
  • Alternativ nehmen Sie die S-Bahn Nr. 66 Richtung Bad Honnef (Dauer 35 min). Steigen Sie bei "Am Spitzenbach" aus. Zu Fuß zum Physikzentrum (400 m)

Taxinummern in Bad Honnef und Rhöndorf: (02224) 2222 oder (02224) 2121
Vom Bahnhof Rhöndorf: PBH ist zu Fuß erreichbar (ca. 10 min), oder nehmen Sie ein Taxi.

 

Vom Flughafen:
 

Flughafen Köln-Bonn:

  • Im Flughafen befindet sich zwischen den beiden Terminalgebäuden eine unterirdische Station der Deutschen Bahn.
    Die Fahrt mit dem Zug (in Richtung Koblenz) nach Rhöndorf dauert bei der (stündlichen) Direktverbindung 32 min.
    Vorsicht! Bauarbeiten. Prüfen sie die Verfübarkeit hier.
  • Alternativ mit dem Taxi zum Physikzentrum (38 km, Fahrpreis ca. 60 €)

Flughafen Frankfurt:

  • Mit dem Zug über Koblenz nach Rhöndorf (Dauer 2,5 Stunden)
  • Alternativ über Siegburg oder Köln nach Rhöndorf (gleiche Dauer, aber teurer)