Quantenkryptographie als Thema für den Physikunterricht - Vorstellung einer Masterarbeit

Quantenkryptographie ist ein modernes Forschungsgebiet der Physik, welches einen motivierenden Kontext für die Grundkonzepte der Quantenphysik bieten kann. Im Rahmen einer Masterarbeit wurde eine Unterrichtseinheit zur Quantenkryptographie mit Photonen erstellt und an einem Physikkurs der 11. Jahrgangsstufe getestet. Wir stellen die Unterrichtsmaterialien sowie die Ergebnisse von Interviews und Fragebögen vor

The breakdown flash of Silicon Avalance Photodiodes - backdoor for eavesdropper attacks?

Silicon avalanche photodiodes are the most sensitive photodetectors in the visible to near infrared region. However, when they are used for single photon detection in a Geiger mode, they are known to emit light on the controlled breakdown used to detect a photoelectron. This fluorescence light might have serious impacts on experimental applications like quantum cryptography or single-particle spectroscopy. We characterized the fluorescence behaviour of silicon avalanche photodiodes in the experimentally simple passive quenching configuration and discuss implications for their use in quantum cryptography systems.Comment: 9 pages, 6 figures, submitted to J. Mod. Optic

Quantenkryptographie in der Schule

Wie kann man Quantenkryptographie in der Schule behandeln? Dieser Frage soll hier nachgegangen werden. Es wird eine Mög- lichkeit gezeigt, die Einführung in dieses Thema auch den Schü- lerInnen zugänglich zu machen. Zusätzlich dazu wurde ein Lern- programm entwickelt, mit Hilfe dessen sie das Konzept auch selbst am Computer ausprobieren können. Dieses wurde auch schon im Gymnasium in der Draschestraße (Wien) im Unterricht auspro- biert. Neben dem schülerorientierten Teil gibt es auch einen Theorieteil, bei dem sich die LehrerInnen selbst in das Thema vertiefen können.How can Quantum Cryptography be teached in secondary edu- cation? The present study tries to find answers to this question. A teaching modality that makes the understanding of the subject more accessible to the pupils is proposed. A dedicated learning ap- plication is described, which assists the pupils to test the concept on their own at the computer. It has been tested in a school in Vienna. In addition to the pupil-oriented part the study also contains a theoretical section, which offers profound information to the tea- chers

Quantenkryptographie als Thema für den Physikunterricht - Vorstellung einer Masterarbeit

Quantenkryptographie ist ein modernes Forschungsgebiet der Physik, welches einen motivierenden Kontext für die Grundkonzepte der Quantenphysik bieten kann. Im Rahmen einer Masterarbeit wurde eine Unterrichtseinheit zur Quantenkryptographie mit Photonen erstellt und an einem Physikkurs der 11. Jahrgangsstufe getestet. Wir stellen die Unterrichtsmaterialien sowie die Ergebnisse von Interviews und Fragebögen vor

Quanteninformationstheorie im Schulunterricht

Die Quanteninformationstheorie ist ein modernes interdisziplinäres Forschungsgebiet, welches Quantentheorie und Informationswissenschaften vereint. Dabei geht es einerseits um eine systematische Untersuchung und ein besseres Verständnis der seltsamen Quanteneigenschaften, allen voran der quantenmechanischen Verschränkung, andererseits um eine praktische Nutzung dieser Effekte im Sinne der Informationsverarbeitung. In den letzten Jahren hat es dabei sowohl auf konzeptioneller als auch auf experimenteller Ebene interessante Fortschritte gegeben, welche uns einer praktischen Nutzung von Quantenkommunikation, Quantenkryptographie und Quanteninformationsverarbeitung mit Quantencomputern näher bringen. In diesem Beitrag soll die Relevanz der Quanteninformationstheorie für den Schulunterricht -im Sinne eines alternativen Zugangs zur Quantenphysik- diskutiert und erste Ansätze für ein darauf basierendes Unterrichtskonzept vorgestellt werden

Feasibility of free space quantum key distribution with coherent polarization states

We demonstrate for the first time the feasibility of free space quantum key distribution with continuous variables under real atmospheric conditions. More specifically, we transmit coherent polarization states over a 100m free space channel on the roof of our institute's building. In our scheme, signal and local oscillator are combined in a single spatial mode which auto-compensates atmospheric fluctuations and results in an excellent interference. Furthermore, the local oscillator acts as spatial and spectral filter thus allowing unrestrained daylight operation.Comment: 12 pages, 8 figures, extensions in sections 2, 3.1, 3.2 and 4. This is an author-created, un-copyedited version of an article accepted for publication in New Journal of Physics (Special Issue on Quantum Cryptography: Theory and Practice). IOP Publishing Ltd is not responsible for any errors or omissions in this version of the manuscript or any version derived from i

Schülervorstellungen zur Quantenphysik und zur Quanteninformationsverarbeitung

Die Quantenphysik ist mittlerweile ein fester und wichtiger Bestandteil des Physikunterrichts in der Qualifikationsphase der Sekundarstufe II. Sie wird zu den Inhaltsbereichen des Kerncurriculums der Oberstufe gezählt und somit als Kern physikalischer Bildung erachtet [1]. Anwendungen der Quan-tenphysik für Quantentechnologien wie z.B. die Quanteninformationsverarbeitung thematisieren ein aktuelles und zukunftsträchtiges Thema in Forschung und Entwicklung und bilden gleichzeitig einen möglichen Zugang zur Quantenphysik über die technische Nutzbarkeit von quantenphysikalischen Phänomenen. Vor diesem Hintergrund werden in dem Beitrag erste Ergebnisse zu Vorstellungen von Schülerinnen und Schülern zu grundlegenden Konzepten der klassischen Informationsverarbei-tung und der Quanteninformationsverarbeitung vorgestellt. Die Daten wurden im Rahmen von ein-wöchigen Physikkursen für besonders interessierte Schülerinnen und Schüler der Oberstufe erhoben. Hierzu wurde eine modifizierte Fragebogenstudie durchgeführt, bei der die Fragebögen von Schü-lerpaaren bearbeitet und die Diskussionen der Probandinnen und Probanden mittels Smartpens auf-gezeichnet wurden

Schülervorstellungen zur Quantenphysik und zur Quanteninformationsverarbeitung

Die Quantenphysik ist mittlerweile ein fester und wichtiger Bestandteil des Physikunterrichts in der Qualifikationsphase der Sekundarstufe II. Sie wird zu den Inhaltsbereichen des Kerncurriculums der Oberstufe gezählt und somit als Kern physikalischer Bildung erachtet [1]. Anwendungen der Quan-tenphysik für Quantentechnologien wie z.B. die Quanteninformationsverarbeitung thematisieren ein aktuelles und zukunftsträchtiges Thema in Forschung und Entwicklung und bilden gleichzeitig einen möglichen Zugang zur Quantenphysik über die technische Nutzbarkeit von quantenphysikalischen Phänomenen. Vor diesem Hintergrund werden in dem Beitrag erste Ergebnisse zu Vorstellungen von Schülerinnen und Schülern zu grundlegenden Konzepten der klassischen Informationsverarbei-tung und der Quanteninformationsverarbeitung vorgestellt. Die Daten wurden im Rahmen von ein-wöchigen Physikkursen für besonders interessierte Schülerinnen und Schüler der Oberstufe erhoben. Hierzu wurde eine modifizierte Fragebogenstudie durchgeführt, bei der die Fragebögen von Schü-lerpaaren bearbeitet und die Diskussionen der Probandinnen und Probanden mittels Smartpens auf-gezeichnet wurden

Symmetric extendibility for qudits and tolerable error rates in quantum cryptography

Symmetric extendibility of quantum states has recently drawn attention in the context of quantum cryptography to judge whether quantum states shared between two distant parties can be purified by means of one-way error correction protocols. In this letter we study the symmetric extendibility in a specific class of two-qudit states, i. e. states composed of two d-level systems, in order to find upper bounds on tolerable error rates for a wide class of qudit-based quantum cryptographic protocols using two-way error correction. In important cases these bounds coincide with previously known lower bounds, thereby proving sharpness of these bounds in arbitrary finite-dimensional systems.Comment: 4 pages, no figure