Dr. Benjamin Brecht

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Integrierte Quantenoptik

Akademischer Oberrat - Gruppenleiter "Quantennetzwerke"

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Institut für Photonische Quantensysteme (PhoQS)

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Seit 07/2022	Co-Investigator des QuantERA Projekts E2TPA Das Projekt E2TPA (Exploiting Entangled Two-Photon Absorption) zielt darauf ab, die Physik hinter der Interaktion von verschränktem Quantenlicht und Molekülen zu verstehen und nutzbar zu machen. Im Rahmen des Projekts entwickeln wir zusammen mit unseren nationalen und internationalen Partnern maßgeschneiderte Quantenlichtquellen für verschränkte Zweiphotonenabsorption. Hierbei leite und koordiniere ich die Forschung am Standort Paderborn.
Seit 03/2021	Geschäftsführer der Instituts für Photonische Quantensysteme (PhoQS) Das Institut für Photonische Quantensysteme (PhoQS) hat als interdisziplinäres Institut das Ziel, Kompentenzen aus den Feldern der experimentellen und theoretischen Physik, der Informatik, der Elektrotechnik und der Mathematik zu vereinen um photonische Quantentechnologien für zukünftige Anwendungen in den vielfältigen Bereichen der Quantenkommunikation, Quantenmetrologie, Quantensimulation und des Quantencomputings bereitzustellen.
Seit 10/2020	Co-Investigator des EU HORIZON2020 FET-OPEN Projekts STORMYTUNE STORMYTUNE (Spectral-temporal metrology with tailored quantum measurements) erforscht Möglichkeiten, Spektroskopie durch Quantenmessungen zu verbessern. Als Ko-Koordinator des Projekts fungiere ich als Kontakt zur EU und leite die Tagesgeschäfte des Konsortiums sowie die Forschungsarbeiten in Paderborn.
Seit 10/2020	Co-Investigator des QuantERA Projekts ApresSF In ApresSF (Application-ready superresolution in space and frequency) haben wir es uns zum Ziel gesetzt, superaufgelöste Messungen weiter zu verbessern und erste Schritte hin zu einer Industrialisierung der Methoden zu gehen. Ich leite die Forschungsarbeiten in Paderborn, welche sich um die kontinuierliche und konsequente Verbesserung von Zeit-Frequenzmessungen drehen.
Seit 10/2018	Stellvertretender Sprecher des Senats der Universität Paderborn
Seit 06/2018	Gruppenleitung "Quantennetzwerke" an der Universität Paderborn Die Gruppe "Quantennetzwerke" in der AG Silberhorn beschäftigt sich mit der Erzeugung, Manipulation und Nutzbarmachung von Quantenlicht. Beispiele hierfür sind Quantensimulationen in Zeit-Multiplex Quantenwalks, hochpräzise Zeit-Frequenz-Metrologie oder hochdimensionale Zeit-Frequenz-Quantenkommunikation.
10/2015 - 09/2018	Co-Investigator des EU FP7 FET-OPEN Projekts QCUMbER Im Projekt QCUMbER (Quantum-controlled ultrafast multimode entanglement and measurement) wurde die Nutzbarmachung der zeitlich-spektralen Eigenschaften von Quantenlicht untersucht. Ein Teil meiner Aufgaben war die Koordination des Tagesgeschäfts im Rahmen meiner Zeit in Oxford.
05/2015 - 05/2018	Postdoc an der Universität Oxford, UK Arbeiten zu Quantenspeichern in warmen Cäsium Gas in der Gruppe von Prof. Ian A. Walmsley. Im Rahmen der Tätigkeiten wurde ein neues Quantenspeicherprotokoll - ORCA - entwickelt, patentiert und zur Speicherung von Einzelphotonen genutzt.
04/2014 - 04/2015	Postdoc an der Universität Paderborn Arbeiten zur Zeit-Frequenz Manipulation von Quantenlicht
08/2009 - 03/2014	Promotion am Max-Planck Institut für die Physik des Lichts und der Universität Paderborn Titel der Dissertation: Engineering ultrafast quantum frequency conversionEngineering ultrafast quantum frequency conversion
07/2008 - 07/2009	Physik Diplom an der FAU Erlangen-Nürnberg Thema der Diplomarbeit: Generation of decorrelated photon pairs in photonic crystal fibres

Seit 07/2022	Co-Investigator des QuantERA Projekts E2TPA Das Projekt E2TPA (Exploiting Entangled Two-Photon Absorption) zielt darauf ab, die Physik hinter der Interaktion von verschränktem Quantenlicht und Molekülen zu verstehen und nutzbar zu machen. Im Rahmen des Projekts entwickeln wir zusammen mit unseren nationalen und internationalen Partnern maßgeschneiderte Quantenlichtquellen für verschränkte Zweiphotonenabsorption. Hierbei leite und koordiniere ich die Forschung am Standort Paderborn.
Seit 03/2021	Geschäftsführer der Instituts für Photonische Quantensysteme (PhoQS) Das Institut für Photonische Quantensysteme (PhoQS) hat als interdisziplinäres Institut das Ziel, Kompentenzen aus den Feldern der experimentellen und theoretischen Physik, der Informatik, der Elektrotechnik und der Mathematik zu vereinen um photonische Quantentechnologien für zukünftige Anwendungen in den vielfältigen Bereichen der Quantenkommunikation, Quantenmetrologie, Quantensimulation und des Quantencomputings bereitzustellen.
Seit 10/2020	Co-Investigator des EU HORIZON2020 FET-OPEN Projekts STORMYTUNE STORMYTUNE (Spectral-temporal metrology with tailored quantum measurements) erforscht Möglichkeiten, Spektroskopie durch Quantenmessungen zu verbessern. Als Ko-Koordinator des Projekts fungiere ich als Kontakt zur EU und leite die Tagesgeschäfte des Konsortiums sowie die Forschungsarbeiten in Paderborn.
Seit 10/2020	Co-Investigator des QuantERA Projekts ApresSF In ApresSF (Application-ready superresolution in space and frequency) haben wir es uns zum Ziel gesetzt, superaufgelöste Messungen weiter zu verbessern und erste Schritte hin zu einer Industrialisierung der Methoden zu gehen. Ich leite die Forschungsarbeiten in Paderborn, welche sich um die kontinuierliche und konsequente Verbesserung von Zeit-Frequenzmessungen drehen.
Seit 10/2018	Stellvertretender Sprecher des Senats der Universität Paderborn
Seit 06/2018	Gruppenleitung "Quantennetzwerke" an der Universität Paderborn Die Gruppe "Quantennetzwerke" in der AG Silberhorn beschäftigt sich mit der Erzeugung, Manipulation und Nutzbarmachung von Quantenlicht. Beispiele hierfür sind Quantensimulationen in Zeit-Multiplex Quantenwalks, hochpräzise Zeit-Frequenz-Metrologie oder hochdimensionale Zeit-Frequenz-Quantenkommunikation.
10/2015 - 09/2018	Co-Investigator des EU FP7 FET-OPEN Projekts QCUMbER Im Projekt QCUMbER (Quantum-controlled ultrafast multimode entanglement and measurement) wurde die Nutzbarmachung der zeitlich-spektralen Eigenschaften von Quantenlicht untersucht. Ein Teil meiner Aufgaben war die Koordination des Tagesgeschäfts im Rahmen meiner Zeit in Oxford.
05/2015 - 05/2018	Postdoc an der Universität Oxford, UK Arbeiten zu Quantenspeichern in warmen Cäsium Gas in der Gruppe von Prof. Ian A. Walmsley. Im Rahmen der Tätigkeiten wurde ein neues Quantenspeicherprotokoll - ORCA - entwickelt, patentiert und zur Speicherung von Einzelphotonen genutzt.
04/2014 - 04/2015	Postdoc an der Universität Paderborn Arbeiten zur Zeit-Frequenz Manipulation von Quantenlicht
08/2009 - 03/2014	Promotion am Max-Planck Institut für die Physik des Lichts und der Universität Paderborn Titel der Dissertation: Engineering ultrafast quantum frequency conversionEngineering ultrafast quantum frequency conversion
07/2008 - 07/2009	Physik Diplom an der FAU Erlangen-Nürnberg Thema der Diplomarbeit: Generation of decorrelated photon pairs in photonic crystal fibres

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2023

Verschränkung wie am Fließband

S. Barkhofen, B. Brecht, C. Silberhorn, Physik in unserer Zeit (2023), 54(1), pp. 10-11

DOI

Tailored Frequency Conversion Makes Infrared Light Visible for Streak Cameras

C. Lüders, J. Gil-Lopez, M. Allgaier, B. Brecht, M. Aßmann, C. Silberhorn, M. Bayer, Physical Review Applied (2023), 19(1), 014072

DOI

Dynamic conditioning of two particle discrete-time quantum walks

F. Pegoraro, P. Held, S. Barkhofen, B. Brecht, C. Silberhorn, Physica Scripta (2023), 98(3), 034005

Abstract

DOI

In real photonic quantum systems losses are an unavoidable factor limiting the scalability to many modes and particles, restraining their application in fields as quantum information and communication. For this reason, a considerable amount of engineering effort has been taken in order to improve the quality of particle sources and system components. At the same time, data analysis and collection methods based on post-selection have been used to mitigate the effect of particle losses. This has allowed for investigating experimentally multi-particle evolutions where the observer lacks knowledge about the system's intermediate propagation states. Nonetheless, the fundamental question how losses affect the behaviour of the surviving subset of a multi-particle system has not been investigated so far. For this reason, here we study the impact of particle losses in a quantum walk of two photons reconstructing the output probability distributions for one photon conditioned on the loss of the other in a known mode and temporal step of our evolution network. We present the underlying theoretical scheme that we have devised in order to model controlled particle losses, we describe an experimental platform capable of implementing our theory in a time multiplexing encoding. In the end we show how localized particle losses change the output distributions without altering their asymptotic spreading properties. Finally we devise a quantum civilization problem, a two walker generalisation of single particle recurrence processes.

Realization of a Multi-Output Quantum Pulse Gate for Decoding High-Dimensional Temporal Modes of Single-Photon States

L. Serino, J. Gil López, M. Stefszky, R. Ricken, C. Eigner, B. Brecht, C. Silberhorn, PRX Quantum (2023), 4(2), 020306

DOI

2022

Scalable Generation of Multiphoton Entangled States by Active Feed-Forward and Multiplexing

E. Meyer-Scott, N. Prasannan, I. Dhand, C. Eigner, V. Quiring, S. Barkhofen, B. Brecht, M.B. Plenio, C. Silberhorn, Physical Review Letters (2022), 129(15), 150501

DOI

Scalable Generation of Multiphoton Entangled States by Active Feed-Forward and Multiplexing

E. Meyer-Scott, N. Prasannan, I. Dhand, C. Eigner, V. Quiring, S. Barkhofen, B. Brecht, M.B. Plenio, C. Silberhorn, Physical Review Letters (2022), 129(15), 150501

DOI

Direct Measurement of Higher-Order Nonlinear Polarization Squeezing

N. Prasannan, J. Sperling, B. Brecht, C. Silberhorn, Physical Review Letters (2022), 129(26), 263601

DOI

2021

Effects of coherence on temporal resolution

S. De, J. Gil López, B. Brecht, C. Silberhorn, L.L. Sánchez-Soto, Z. Hradil, J. Řeháček, Physical Review Research (2021), 3(3), 033082

DOI

Achieving the Ultimate Quantum Timing Resolution

V. Ansari, B. Brecht, J. Gil-Lopez, J.M. Donohue, J. Řeháček, Z. Hradil, L.L. Sánchez-Soto, C. Silberhorn, PRX Quantum (2021), 2, 010301

DOI

Continuous variable multimode quantum states via symmetric group velocity matching

V. Roman-Rodriguez, B. Brecht, K. Srinivasan, C. Silberhorn, N. Treps, E. Diamanti, V. Parigi, New Journal of Physics (2021), 23, 043012

DOI

Improved non-linear devices for quantum applications

J. Gil López, M. Santandrea, G. Roland, B. Brecht, C. Eigner, R. Ricken, V. Quiring, C. Silberhorn, New Journal of Physics (2021), 063082

DOI

Universal compressive tomography in the time-frequency domain

J. Gil López, Y.S. Teo, S. De, B. Brecht, H. Jeong, C. Silberhorn, L.L. Sánchez-Soto, Optica (2021), 1296

DOI

Statistical Benchmarking of Scalable Photonic Quantum Systems

J. Tiedau, M. Engelkemeier, B. Brecht, J. Sperling, C. Silberhorn, Physical Review Letters (2021), 126, 023601

DOI

Experimental entanglement characterization of two-rebit states

N. Prasannan, S. De, S. Barkhofen, B. Brecht, C. Silberhorn, J. Sperling, Physical Review A (2021), 103

DOI

2020

Pulse shaping using dispersion-engineered difference frequency generation

M. Allgaier, V. Ansari, J.M. Donohue, C. Eigner, V. Quiring, R. Ricken, B. Brecht, C. Silberhorn, Physical Review A (2020), 101, 043819

DOI

Remotely projecting states of photonic temporal modes

V. Ansari, J.M. Donohue, B. Brecht, C. Silberhorn, Optics Express (2020), 28(19), 28295-28305

DOI

Optimizing spontaneous parametric down-conversion sources for boson sampling

R. van der Meer, J.J. Renema, B. Brecht, C. Silberhorn, P.W.H. Pinkse, Physical Review A (2020), 101(6), 063821

DOI

Spatially single mode photon pair source at 800 nm in periodically poled Rubidium exchanged KTP waveguides

C. Eigner, L. Padberg, M. Santandrea, H. Herrmann, B. Brecht, C. Silberhorn, Optics Express (2020), 28(22), 32925-32935

DOI

Spatial entanglement and state engineering via four-photon Hong–Ou–Mandel interference

A. Ferreri, V. Ansari, B. Brecht, C. Silberhorn, P.R. Sharapova, Quantum Science and Technology (2020), 5(4), 045020

Abstract

DOI

<jats:title>Abstract</jats:title> <jats:p>The phenomenon of entanglement is the basis of quantum information and quantum communication processes. Entangled systems with a large number of photons are of great interest at present because they provide a platform for streaming technologies based on photonics. In this paper we present a device which operates with four-photons and based on the Hong–Ou–Mandel interference. The presented device allows to maximize the degree of spatial entanglement and generate the highly entangled four-dimensional Bell states. Furthermore, the use of the interferometer in different regimes leads to fast interference fringes in the coincidence probability with period of oscillations twice smaller than the pump wavelength. We have a good agreement between theoretical simulations and experimental results.</jats:p>

Quantum photonics with active feedback loops

M. Engelkemeier, L. Lorz, S. De, B. Brecht, I. Dhand, M.B. Plenio, C. Silberhorn, J. Sperling, Physical Review A (2020), 102, 023712

DOI

2019

Experimental Reconstruction of Entanglement Quasiprobabilities

J. Sperling, E. Meyer-Scott, S. Barkhofen, B. Brecht, C. Silberhorn, Physical Review Letters (2019)

DOI

2018

Tomography and Purification of the Temporal-Mode Structure of Quantum Light

V. Ansari, J.M. Donohue, M. Allgaier, L. Sansoni, B. Brecht, J. Roslund, N. Treps, G. Harder, C. Silberhorn, Physical Review Letters (2018), 120, 213601

DOI

Tailoring nonlinear processes for quantum optics with pulsed temporal-mode encodings

V. Ansari, J.M. Donohue, B. Brecht, C. Silberhorn, Optica (2018), 5(5), 534-550

DOI

Streak camera imaging of single photons at telecom wavelength

M. Allgaier, V. Ansari, C. Eigner, V. Quiring, R. Ricken, J.M. Donohue, T. Czerniuk, M. Aßmann, M. Bayer, B. Brecht, C. Silberhorn, Applied Physics Letters (2018), 112, 031110

DOI

2017

Temporal-mode measurement tomography of a quantum pulse gate

V. Ansari, G. Harder, M. Allgaier, B. Brecht, C. Silberhorn, Physical Review A (2017), 96, 063817

DOI

Highly efficient frequency conversion with bandwidth compression of quantum light

M. Allgaier, V. Ansari, L. Sansoni, C. Eigner, V. Quiring, R. Ricken, G. Harder, B. Brecht, C. Silberhorn, Nature Communications (2017), 14288

DOI

A monolithic, doubly-resonant parametric down-conversion source for Caesium Raman memories

B. Brecht, O. Lazo-Arjona, K.T. Kaczmarek, T. Parker, R. Ricken, V. Quiring, C. Eigner, K.H. Luo, H. Herrmann, C. Silberhorn, I.A. Walmsley, in: Frontiers in Optics 2017, 2017

DOI

Harnessing temporal modes for multi-photon quantum information processing based on integrated optics

G. Harder, V. Ansari, T. Bartley, B. Brecht, C. Silberhorn, Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences (2017), 375(2099), 20160244

Abstract

DOI

<jats:p>In the last few decades, there has been much progress on low loss waveguides, very efficient photon-number detectors and nonlinear processes. Engineered sum-frequency conversion is now at a stage where it allows operation on arbitrary temporal broadband modes, thus making the spectral degree of freedom accessible for information coding. Hereby the information is often encoded into the temporal modes of a single photon. Here, we analyse the prospect of using multi-photon states or squeezed states in different temporal modes based on integrated optics devices. We describe an analogy between mode-selective sum-frequency conversion and a network of spatial beam splitters. Furthermore, we analyse the limits on the achievable squeezing in waveguides with current technology and the loss limits in the conversion process.</jats:p> <jats:p>This article is part of the themed issue ‘Quantum technology for the 21st century’.</jats:p>

Fast time-domain measurements on telecom single photons

M. Allgaier, G. Vigh, V. Ansari, C. Eigner, V. Quiring, R. Ricken, B. Brecht, C. Silberhorn, Quantum Science and Technology (2017), 2, 034012

DOI

2016

A versatile design for resonant guided-wave parametric down-conversion sources for quantum repeaters

B. Brecht, K. Luo, H. Herrmann, C. Silberhorn, Applied Physics B (2016), 122, pp. 116

DOI

On-chip generation of photon-triplet states

S. Krapick, B. Brecht, H. Herrmann, V. Quiring, C. Silberhorn, Optics Express (2016), 24(3), 2836-2849

DOI

A versatile design for resonant guided-wave parametric down-conversion sources for quantum repeaters

B. Brecht, K.H. Luo, H. Herrmann, C. Silberhorn, Applied Physics B (2016)

DOI

2015

Photon Temporal Modes: A Complete Framework for Quantum Information Science

B. Brecht, D.V. Reddy, C. Silberhorn, M. Raymer, Physical Review X (2015), 5, 041017

DOI

Direct generation of genuine single-longitudinal-mode narrowband photon pairs

K. Luo, H. Herrmann, S. Krapick, B. Brecht, R. Ricken, V. Quiring, H. Suche, W. Sohler, C. Silberhorn, New Journal of Physics (2015), 17, 073039

DOI

Direct generation of genuine single-longitudinal-mode narrowband photon pairs

K.H. Luo, H. Herrmann, S. Krapick, B. Brecht, R. Ricken, V. Quiring, H. Suche, W. Sohler, C. Silberhorn, New Journal of Physics (2015), 073039

DOI

Uncovering Quantum Correlations with Time-Multiplexed Click Detection

J. Sperling, M. Bohmann, W. Vogel, G. Harder, B. Brecht, V. Ansari, C. Silberhorn, Physical Review Letters (2015)

DOI

2014

Bright integrated photon-pair source for practical passive decoy-state quantum key distribution

S. Krapick, M. Stefszky, M. Jachura, B. Brecht, M. Avenhaus, C. Silberhorn, Physical Review A (2014)

DOI

Demonstration of coherent time-frequency Schmidt mode selection using dispersion-engineered frequency conversion

B. Brecht, A. Eckstein, R. Ricken, V. Quiring, H. Suche, L. Sansoni, C. Silberhorn, Physical Review A (2014), 90, 030302(R)

DOI

2013

An optimized photon pair source for quantum circuits

G. Harder, V. Ansari, B. Brecht, T. Dirmeier, C. Marquardt, C. Silberhorn, Optics Express (2013), 21(12), 13975-13985

DOI

Theory of quantum frequency conversion and type-II parametric down-conversion in the high-gain regime

A. Christ, B. Brecht, W. Mauerer, C. Silberhorn, New Journal of Physics (2013), 15, 053038

DOI

Characterizing entanglement in pulsed parametric down-conversion using chronocyclic Wigner functions

B. Brecht, C. Silberhorn, Physical Review A (2013), 87, 053810

DOI

An efficient integrated two-color source for heralded single photons

S. Krapick, H. Herrmann, V. Quiring, B. Brecht, H. Suche, C. Silberhorn, New Journal of Physics (2013), 15, 033010

DOI

2011

From quantum pulse gate to quantum pulse shaper—engineered frequency conversion in nonlinear optical waveguides

B. Brecht, A. Eckstein, A. Christ, H. Suche, C. Silberhorn, New Journal of Physics (2011), 13, 065029

DOI

A quantum pulse gate based on spectrally engineered sum frequency generation

A. Eckstein, B. Brecht, C. Silberhorn, Optics Express (2011), 19(15), 13770-13778

DOI

Controlling the correlations in frequency upconversion in PPLN and PPKTP waveguides

B. Brecht, A. Eckstein, C. Silberhorn, physica status solidi (c) (2011), 8(4), pp. 1235-1238

DOI

2010

Bridging visible and telecom wavelengths with a single-mode broadband photon pair source

C. Söller, B. Brecht, P.J. Mosley, L.Y. Zang, A. Podlipensky, N.Y. Joly, P.S.J. Russell, C. Silberhorn, Physical Review A (2010), 81, 031801(R)

DOI

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