Quantum key security : theory and analysis of experimental realisations

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Strong Einstein-Podolsky-Rosen entanglement from a single squeezed light source

Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) entanglement is a criterion that is more demanding than just certifying entanglement. We theoretically and experimentally analyze the low resource generation of bi-partite continuous variable entanglement, as realized by mixing a squeezed mode with a vacuum mode at a balanced beam splitter, i.e. the generation of so-called vacuum-class entanglement. We find that in order to observe EPR entanglement the total optical loss must be smaller than 33.3 %. However, arbitrary strong EPR entanglement is generally possible with this scheme. We realize continuous wave squeezed light at 1550 nm with up to 9.9 dB of non-classical noise reduction, which is the highest value at a telecom wavelength so far. Using two phase controlled balanced homodyne detectors we observe an EPR co-variance product of 0.502 \pm 0.006 < 1, where 1 is the critical value. We discuss the feasibility of strong Gaussian entanglement and its application for quantum key distribution in a short-distance fiber network.Comment: 4 pages, 4 figure

Micro pixel LEDs: Design challenge and implementation for high-resolution headlamps

High-resolution vehicle headlamps represent a future-oriented technology that can be used to increase traffic safety and driving comfort. Typically, selective absorbing of light using a spatial modulator like DMD, LCD or LCoS creates the light distribution of such headlamp systems. A similar effect can be generated by using LED arrays. Its additive principle generates light only in specific segments if necessary. In general, these arrays can be distinguished between conventional LEDs arranged in an array and micro pixel LEDs. Conventional LED arrays characterize by the design (THT or SMD) with typically a few millimeters edge length. In contrast, a micro-pixel LED uses COB technology, in which individual LED dies are packed in a single housing directly next to each other at a distance of a few microns. By increasing the array resolution, the challenges in designing an optical system for high-resolution headlamps rise. High efficiencies and contrasts call for small, accurate lens geometries and negligibly scattered light effects. Due to limited installation space and manufacturing tolerances, compromises have to be made. Ideally, the optics have to be accurate enough to image each pixel of the micro LED with high contrasts and high efficiency and still be too blurry to project the gaps between each pixel. This results in small distances between LED and optics and therefore in diffcult to manufacture radii of curvature. In this paper we specify the challenges to implement micro pixel LEDs in headlamp systems, as well as present the controllability of scattered light effects of these systems. © COPYRIGHT SPI

Implementation of Quantum Key Distribution with Composable Security Against Coherent Attacks using Einstein-Podolsky-Rosen Entanglement

Secret communication over public channels is one of the central pillars of a modern information society. Using quantum key distribution (QKD) this is achieved without relying on the hardness of mathematical problems which might be compromised by improved algorithms or by future quantum computers. State-of-the-art QKD requires composable security against coherent attacks for a finite number of samples. Here, we present the first implementation of QKD satisfying this requirement and additionally achieving security which is independent of any possible flaws in the implementation of the receiver. By distributing strongly Einstein-Podolsky-Rosen entangled continuous variable (CV) light in a table-top arrangement, we generated secret keys using a highly efficient error reconciliation algorithm. Since CV encoding is compatible with conventional optical communication technology, we consider our work to be a major promotion for commercialized QKD providing composable security against the most general channel attacks.Comment: 7 pages, 3 figure

Optimality of entropic uncertainty relations

The entropic uncertainty relation proven by Maassen and Uffink for arbitrary pairs of two observables is known to be non-optimal. Here, we call an uncertainty relation optimal, if the lower bound can be attained for any value of either of the corresponding uncertainties. In this work we establish optimal uncertainty relations by characterising the optimal lower bound in scenarios similar to the Maassen-Uffink type. We disprove a conjecture by Englert et al. and generalise various previous results. However, we are still far from a complete understanding and, based on numerical investigation and analytical results in small dimension, we present a number of conjectures.Comment: 24 pages, 10 figure

Charakterisierung und Funktion von HCN Kanälen im Kontext kardialer Rhythmogenese und hippocampaler Oszillationsmuster

Der hyperpolarisations-aktivierte und durch cyklische Nukleotide modulierbare Kationenstrom Ih (If im Herzen) und sein Vorkommen in verschiedensten Zelltypen sind schon seit langer Zeit bekannt. Die genetischen und molekularen Grundlagen, die diesen Strom vermitteln, wurden vor einigen Jahren entschlüsselt. Er wird durch sogenannte HCN Kanäle vermittelt, die in 4 Subtypen (HCN1 - 4) vorkommen. HCN Kanäle werden in vielen Geweben exprimiert, darunter in kardialen Sinusknotenmyozyten sowie in hippocampalen Prinzipal- und Interneuronen. In den letzten Jahren wurden alle Subtypen elektrophysiologisch charakterisiert. In Zellen des Sinusknotens wird der Anstieg der diastolischen Depolarisation maßgeblich vom Schrittmacherstrom If bestimmt. In den vergangen Jahren wurden mehrere Studien veröffentlicht die belegen, dass heterozygote Mutationen im HCN4 Gen zu erblichen Herzrhythmusstörungen führen können. In dieser Arbeit wurden zwei HCN4 Mutanten untersucht, die aus zwei verschiedenen Patientenfamilien stammen. Mutationsträger der ersten Familie leiden an einer deutlichen Sinus-Bradykardie, sind jedoch chronotrop kompetent. Die Mutation wird durch eine Insertion von 13 Nukleotiden an Position 1933 im HCN4 Gen verursacht. Dies hat einen frame shift zur Folge, wodurch ein frühzeitiges Stop-Codon entsteht. Der folgende Kettenabbruch führt zu einer trunkierten cyklischen Nukleotid-Bindedomäne (HCN4-695X). Die elektrophysiologische Charakterisierung ergab, dass der HCN4-695X Kanal insensitiv gegen cAMP ist. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die cAMP-Sensitivität in der heteromeren Konfiguration dominant-negativ supprimiert wird. Dieser Befund, sowie die chronotrope Kompetenz Herzfrequenzsteigerung durch beta-adrenerge Stimulation) der Patienten sprechen dafür, dass If nicht allein für die Herzfrequenzregulation verantwortlich ist. Die K530N Mutation ist mit einer leicht bradykarden Herzfrequenz assoziiert. In höherem Lebensalter (>55 Jahre) entwickelt sich eine Sinusknotendysfunktion mit chronischem Vorhofflimmern und Tachykardie-Bradykardie Symptomatik. Die HCN4 K530N Mutation liegt im sogenannten C-Linker, einer intrazellulären Domäne des Kanalproteins. Hier führt eine Punktmutation zum Austausch des positiv eladenen Lysins (K) durch das neutrale Asparagin (N). Die elektrophysiologische Charakterisierung ergab, dass erst in der heteromeren Konfiguration drastische Unterschiede zum Tragen kommen. Die Aktivierungskurve des heteromeren Kanals verschob sich in Richtung negativerer Potentiale, so dass wesentlich stärkere Hyperpolarisationen zur Aktivierung benötigt werden. Unter basalen Bedingungen dürfte daher der Beitrag des If zur diastolischen Depolarisation geringer sein als bei nativen Kanälen. Der langsamere Anstieg des Membranpotentials bis zum Erreichen der Aktionspotentialschwelle kann die leichte Bradykardie erklären. Neben der Schrittmacherfunktion im Herzen spielen HCN Kanäle auch bei der Integration neuronaler Signale und bei der Genese rhythmischer Netzwerkaktivität eine wichtige Rolle. Dies wurde am Beispiel der sharp wave-ripple (SPW-R) Komplexe untersucht, einem Aktivitätsmuster hippocampaler Netzwerke, das zur Konsolidierung des Raumgedächtnisses beiträgt. Auch in in vitro Schnittpräparationen sind diese SPW-Rs zu beobachten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Effekt der Blockade von Ih in horizontalen Hippocampusschnitten untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass eine Blockade des Ih die Frequenz der spontan auftretenden SPW-Rs in der CA1 Region reduzierte. Weiterhin hatte die Blockade des Ih eine Erhöhung der SPW-R Amplituden zur Folge. Dies zeigt, dass Ih eine wichtige Funktion bei der zeitlichen Verarbeitung von Signalen in neuronalen Netzwerken hat. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass Ih essentiell für die Erhaltung rhythmischer und synchroner Aktivität ist

Carbon nitride as a ligand: edge-site coordination of ReCl(CO)3-fragments to g-C3 N4

IR spectroscopy and model structural studies show binding of ReCl(CO) 3-fragments to carbon nitride (g-C 3N 4) occurs via κ 2 N,N′ bidentate coordination

Carbon nitride as a ligand: edge-site coordination of ReCl(CO)(3)-fragments to g-C3N4

IR spectroscopy and model structural studies show binding of ReCl(CO)3-fragments to carbon nitride (g-C3N4) occurs via κ2 N,N′ bidentate coordination