This thesis contributes to the theory of a light-matter quantum interface based on the Kerr-effect arising in the dispersive interaction of pulsed laser light with a spin-polarized atomic ensemble. The scattering process can be described on the basis of a simple, yet fully quantum mechanical model involving only a small number of bosonic modes referring to transverse spin components and quadratures of forward scattered light. Based on this model we derive protocols for the creation of entangled states of light and atoms and the teleportation of quantum states of light onto atoms employing this entanglement. Furthermore we present a protocol, which allows one to exchange the state of light and atoms and thus provides a quantum memory for states of the light field. For both, the storage and the teleportation of coherent states we prove a benchmark on the average fidelity, which is achievable by purely classical protocols. Both protocols allow one to significantly surpass this threshold and to demonstrate thereby a gain in employing quantum strategies. Under common experimental conditions the initial state of light and atoms is Gaussian and the given interaction preserves this property. Motivated by this observation, we examine in this context, how a given interaction can be used to simulate others and how it can be employed to create entanglement at optimal rates. The results are applied to construct protocols based on several passes of light through an atomic ensemble.     «

This thesis contributes to the theory of a light-matter quantum interface based on the Kerr-effect arising in the dispersive interaction of pulsed laser light with a spin-polarized atomic ensemble. The scattering process can be described on the basis of a simple, yet fully quantum mechanical model involving only a small number of bosonic modes referring to transverse spin components and quadratures of forward scattered light. Based on this model we derive protocols for the creation of entangled...     »

Diese Arbeit leistet einen Beitrag zur Theorie einer Quanten-Schnittstelle zwischen Licht und Materie basierend auf dem Kerr-Effekt, wie er in der dispersiven Wechselwirkung zwischen gepulstem Laserlicht und spinpolarisierten Atomen auftritt. Der Streuprozess kann mit Hilfe eines einfachen, aber vollkommen quantenmechanischen Modells beschrieben werden, das nur einige wenige bosonische Moden involviert, die sich auf ransversale Spinkomponenten und Quadraturen forwärtsgestreuten Lichtes beziehen. Auf Basis dieses Modells werden Protokolle erstellt, die es erlauben, verschränkte Zustände zwischen Licht und Atomen zu erzeugen und diese zur Teleportation von Quantenzuständen des Lichts auf Atome zu verwenden. Darüberhinaus präsentieren wir ein Protokoll für den Austausch des Zustandes zwischen Licht und Atomen, was einen Quantenspeicher für den Zustand des Lichtfeldes ermöglicht. Für beides, die Speicherung und Teleportation von kohärenten Zustanden beweisen wir eine Schranke für die mittlere Fidelity, die mit rein klassischen Mitteln erreicht werden kann. Beide Protokolle erlauben es, diese Schranke signifikant zu verletzen und damit einen Gewinn in der Benutzung von Quantenstrategien zu demonstrieren. Unter gewöhnlichen experimentellen Bedingungen ist der Anfangszustand von Licht und Atomen gausssch und die gegebene Wechselwirkung erhält diese Eigenschaft. Motiviert durch diese Beobachtung wird in diesem Kontext untersucht, wie eine gegebene Wechselwirkung dazu benützt werden kann, eine andere zu simulieren und mit optimaler Rate Verschränkung zu erzeugen. Die Resultate werden dazu verwendet, Protokolle zu konstruieren, die auf mehreren Passagen des Lichtes durch ein atomares Ensemble beruhen.     «

Diese Arbeit leistet einen Beitrag zur Theorie einer Quanten-Schnittstelle zwischen Licht und Materie basierend auf dem Kerr-Effekt, wie er in der dispersiven Wechselwirkung zwischen gepulstem Laserlicht und spinpolarisierten Atomen auftritt. Der Streuprozess kann mit Hilfe eines einfachen, aber vollkommen quantenmechanischen Modells beschrieben werden, das nur einige wenige bosonische Moden involviert, die sich auf ransversale Spinkomponenten und Quadraturen forwärtsgestreuten Lichtes beziehen....     »