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Experimental multi-state quantum discrimination in the frequency domain with quantum dot light
(2022)
The quest for the realization of effective quantum state discrimination strategies is of great interest for quantum information technology, as well as for fundamental studies. Therefore, it is crucial to develop new and more efficient methods to implement discrimination protocols for quantum states. Among the others, single photon implementations are more advisable, because of their inherent security advantage in quantum communication scenarios. In this work, we present the experimental realization of a protocol employing a time-multiplexing strategy to optimally discriminate among eight non-orthogonal states, encoded in the four-dimensional Hilbert space spanning both the polarization degree of freedom and photon energy. The experiment, built on a custom-designed bulk optics analyser setup and single photons generated by a nearly deterministic solid-state source, represents a benchmarking example of minimum error discrimination with actual quantum states, requiring only linear optics and two photodetectors to be realized. Our work paves the way for more complex applications and delivers a novel approach towards high-dimensional quantum encoding and decoding operations.
A quantum-light source that delivers photons with a high brightness and a high degree of entanglement is fundamental for the development of efficient entanglement-based quantum-key distribution systems. Among all possible candidates, epitaxial quantum dots are currently emerging as one of the brightest sources of highly entangled photons. However, the optimization of both brightness and entanglement currently requires different technologies that are difficult to combine in a scalable manner. In this work, we overcome this challenge by developing a novel device consisting of a quantum dot embedded in a circular Bragg resonator, in turn, integrated onto a micromachined piezoelectric actuator. The resonator engineers the light-matter interaction to empower extraction efficiencies up to 0.69(4). Simultaneously, the actuator manipulates strain fields that tune the quantum dot for the generation of entangled photons with fidelities up to 0.96(1). This hybrid technology has the potential to overcome the limitations of the key rates that plague current approaches to entanglement-based quantum key distribution and entanglement-based quantum networks. Introduction
Flexibility estimation is the first step necessary to incorporate building energy systems into demand side management programs. We extend a known method for temporal flexibility estimation from literature to a real-world residential heat pump system, solely based on historical cloud data. The method proposed relies on robust simplifications and estimates employing process knowledge, energy balances and manufacturer's information. Resulting forced and delayed temporal flexibility, covering both domestic hot water and space heating demands as constraints, allows to derive a flexibility range for the heat pump system. The resulting temporal flexibility lay within the range of 24 minutes and 6 hours for forced and delayed flexibility, respectively. This range provides new insights into the system's behaviour and is the basis for estimating power and energy flexibility - the first step necessary to incorporate building energy systems into demand side management programs.
The paper deals with designing and numerical modelling a 2 x 2 optical switch for photonic integrated circuits based on 2 x 2 MMI elements and phase modulators. The 2 x 2 optical switch was modelled in the RsoftCAD with the simulation tool BeamPROP. The 2 x 2 optical switch is a common element for creating more complex 1 x N or N x N optical switches in all-optical signal processing.
In this paper, the design of three-dimensional configuration of Y-branch splitter is compared with Multimode Interference splitter. Both splitters use the IP-Dip polymer as a standard material for 3D laser lithography. The optical properties of the splitters for both approaches are discussed and compared.
In this work, we investigated the influence of different etch depths of the rib waveguides on the performance of SiN-based AWGs. For this purpose, an 8-channel 100 GHz AWG was designed for a center wavelength of 850 nm. The design parameters entered were calculated using the AWG-Parameters tool. The simulations were performed with a commercial photonic tool PHASAR from Optiwave. The simulated performance was evaluated using the AWG-Analyzer tool. For the AWG design, we used three identical rib waveguides with different etch depths to simulate possible etch imperfection. The simulations show the wavelength shift and degradation of the AWG performance.
Diese Arbeit verfolgt das Interesse, Einblicke in die Kontextualisierung Klinischer Sozialer Arbeit zu geben, die im rehabilitativen, stationären Setting in Rehabilitationseinrichtungen in Süddeutschland angesiedelt ist. Zu Beginn wird die Entwicklung Klinischer Sozialer Arbeit mit ihren sozialtherapeutischen und sozialpsychologischen Ansätzen sowie das Forschungsfeld Rehabilitation betrachtet. Darauf folgt die Formulierung der Forschungsfrage, in dessen Fokus die Erkundung des Erlebens Klinischer Sozialer Arbeit und Klinischer Psychotherapie im Setting steht. Von Interesse sind vorzufindende Kontextbedingungen sowie mögliche Überschneidungen von Zuständigkeiten und Kompetenzen innerhalb der Interdisziplinarität. Die Befragung der Professionen erhebt die Perspektiven über Einschätzungen, Haltungen und das Tätigkeitsverständnis im Arbeitsalltag aus der Selbst- und Fremdwahrnehmung. Zuletzt werden die Ergebnisse zusammengeführt und um die evidenzbasierte Perspektive ergänzt. Durch den Vergleich wird deutlich, dass Klinische Soziale Arbeit im Forschungsfeld als unentbehrlich angesehen wird. Sie kann Klient:innen aufgrund ihrer bestehenden Expertise und sozial-interventiven Angeboten bei der Lebensbewältigung in deren Lebenswelt unterstützen sowie eine selbstbestimmte Lebensführung und gesellschaftliche Integration und Teilhabe ermöglichen.
Herausforderungen im Umgang mit Präventionsmaßnahmen von sexueller Gewalt an Frauen mit Fokus auf die Clubbingszene am Beispiel Vorarlberg. Theoretischer Hintergrund: Sexuelle Gewalt in der Clubbingszene ist bisher nur wenig erforscht und es existiert eine hohe Dunkelziffer an sexuellen Übergriffen. Die körperlichen, psychischen und sozialen Auswirkungen für Betroffene können massiv sein. Um geeignete Präventionsmaßnahmen für sexuelle Gewalt zu entwickeln, müssen die unterschiedlichen Faktoren, die zur Ausübung von sexueller Gewalt führen, beleuchtet und auf gesamtgesellschaftlicher Ebene behandelt werden. Ziel der Arbeit: Ziel dieser Arbeit ist es, herauszufinden welche Herausforderungen sich bei der Umsetzung von Präventionsmaßnahmen für Institutionen und Clubbetreiber:innen ergeben und wie diese behoben werden können. Zudem soll die Zusammenarbeit und die Umsetzung dieser zwischen sozialen Institutionen und den Clubbetreiber:innen erforscht werden. Dazu wird folgende Forschungsfrage entwickelt: Welche Herausforderungen stellen sich in der Implementierung der vorhandenen Präventionsmaßnahmen von sexueller Gewalt an Frauen seitens der klinischen Sozialen Arbeit in Zusammenarbeit mit der Clubbingszene in Vorarlberg? Methode: Zur Beantwortung der Forschungsfrage wurden insgesamt zehn problemzentrierte Interviews durchgeführt. Zum einen wurden fünf Expert:innen aus unterschiedlichen Berufssparten befragt, zum anderen fünf Clubnutzer:innen, die in der Clubbingszene Vorarlberg aktiv sind. Ergebnisse: Die Ergebnisse zeigen, dass beim Großteil der befragten Personen ein hohes Bewusstsein für das Thema haben. Trotzdem wird sexuelle Gewalt in der Clubbingszene sehr häufig bagatellisiert und nicht als solche wahrgenommen. Die gesellschaftlich verankerten Geschlechterrollen sind dabei nicht förderlich. Schlussfolgerung: Es besteht Handlungsbedarf in Bezug auf Präventionsmaßnahmen von sexueller Gewalt in der Clubbingszene. Dies kann nur geschehen, wenn eine zunehmende Sensibilisierung und Bewusstseinsschaffung für sexuelle Gewalt in der Gesellschaft stattfinden.
Die CO2 Abscheidung ist ein Schlüsselprozess für die Dekarbonisierung der Wirtschaft und Industrie. Die Entwicklungspfade der IEA und des IPCC zur Erreichung des CO2 Nettonulle-missionsziel bis 2050 oder 2070 beinhalten alle eine Form von Carbon Capture, (CC). Als vielversprechende CC-Technologie gerät die gashydratbasierte CO2 Abscheidung, hbCC, aufgrund der hohen Speicherkapazität bei moderaten Druck- und Temperaturniveau und des unproblematischen Arbeitsmediums Wasser zusehends ins Interesse der Forschung und In-dustrie. Gashydrate sind unstöchiometrische Einschlussverbindungen, bei denen die Gasmo-leküle in einem Wirtsgitter aus Wassermolekülen gespeichert werden können. In einem m3 Gashydrat können 170 Nm3 Gas gespeichert werden. Die statischen Eigenschaften von Gas-hydrat sind gut verstanden. Die Dynamik der Synthese und Dissoziation, die intrinsische Re-aktionskinetik der Hydratformation, die Nukleation von initialen Kristallisationskeimen und der Einfluss von Wärme- und Stofftransportphänomenen auf die Dynamik ist noch nicht geklärt. Ein profundes Verständnis der Synthese- und Dissoziationsdynamik, inklusive dem Zusam-menhang mit den p,T-Prozessbedingungen, gilt als Voraussetzung für die Entwicklung effizi-enter hbCC-Verfahren. Üblicherweise wird Gashydrat synthetisiert indem flüssiges Wasser mit der Gasphase in Kontakt gebracht wird. Der initial gebildete Hydratfilm auf der Phasen-grenzfläche hemmt in weiter Folge den Stofftransport für das weitere Hydratwachstum. Die CO2 Gasphasenabscheidung durch thermisches Verdampfen unter Druck, (engl. pressurized thermal evaporation, PTE), unterliegt keinem gehemmten Stofftransport, weil Wasserdampf und Gasmoleküle an einer kalten Substratoberfläche kontinuierlich für die Synthese vorliegen. In vorhergehenden Studien wurden subsequente Synthese- und Dissoziationsexperimente durch PTE aus reiner CO2 oder CH4 Gasphase zur Untersuchung der Dynamik durchgeführt. Für diese Arbeit werden erstmals subsequente PTE Synthese- und Dissoziationsexperimente aus einem binären 0,85 N2 + 0,15 CO2 Synthesegasgemisch umgesetzt. Das durch die Syn-these abgeschiedene Gas wird nach der Dissoziation mit einem Massenspektrometer auf seine Zusammensetzung untersucht. Hydratspeicherkapazität, Abscheiderate und die Selek-tivität der CO2 Gasphasenabscheidung wird für eine Synthesetemperaturvariation, (- 40 °C bis - 15 °C), und einen Synthesedruck von 40 bar(a) bestimmt. Durch Zeitrafferauf-nahmen der Hydratformation und Dissoziation wird die Auswirkung der p,T-Prozessbedingun-gen auf die Synthese- und Dissoziationsdynamik untersucht und der optimale Betriebspunkt für die CO2 Gasphasenabscheidung durch thermisches Verdampfen unter Druck bestimmt. Aus den Ergebnissen lässt sich ein klarer Zusammenhang zwischen Synthesetemperatur, Ab-scheiderate und Selektivität ableiten. Ein tiefere Synthesetemperatur führt zu einer effiziente-ren CO2 Abscheidung. Außerdem zeigt sich bei der Beobachtung der Synthesedynamik eine direkte Resublimation des Gashydrats auf der Wachstumsoberfläche. Es bildet sich keine flüssige Übergangsphase vor der Nukleation. Die neuen Erkenntnisse sind wichtige Faktoren für das Design zukünftiger PTE-Verfahren und Prototypen.
Semiconducting metal oxides are widely used for solar cells, poto-catalysis, bio-active materials and gas sensors. Besides the material properties of the used semiconductor,the specific surface topology of the sensor determines the device performance. We investigate the preparation and transfer suitable metals onto LIPPS structures on glass for gas sensing applications.
Deep etched structures in GaAs with high aspect ratio have promising applications in optoelectronics and MEMS devices. The key factors in their fabrication process are the choosing of proper mask material and etching conditions which results in high selectivity and an anisotropic etch profile with smooth sidewalls. In this work, we studied several types of mask materials (Al, Ni, Cr, SiO2) for deep reactive ion etching of GaAs using inductively coupled plasma system. Thus, several sets of experiments were performed with varying gas mixture, pressure and ICP/RF power. As a result, we find optimized conditions and minimal thickness of mask material for achieving deep etched (>140 m) GaAs structures.
Various carbon (nano-) forms, so-called allotropes, have become one of the most supporting activities in fundamental and applied research trends. Therefore, a universal deposition process capable of “adjusting” system parameters in one “deposition chamber” is highly demanding. Here, we present a low-pressure large area deposition system combining radiofrequency (RF) and microwave (MW) plasma in one chamber in different configurations, which offers a wide deposition window for the growth of sp2 carbon (carbon nanotubes, amorphous carbon), a mixture of sp2 and sp3 (diamond-like films) and pure sp3 carbon represented by diamond films. We will show that not only the type of plasma source (RF vs. MW) but also the gas mixture and plasma chemistry are crucial parameters for the controllable and reproducible growth of these allotropes at temperatures from 250 to 800 °C.
The properties of SiC and diamond make them attractive materials for MEMS and sensor devices. We innovated specific laser ablation techniques to fabricate membranes and cantilevers made of SiC or nano-(micro-) crystalline diamond films grown on Si/SiO2 substrates by microwave chemical vapour deposition (MWCVD). We started research to generate surface moulds to grow corrugated diamond films for membranes and cantilevers. A software tool was developed to support the design of micromechanical cantilevers. We can measure deformation and resonant frequency of diamond cantilevers and identify the global mechanical properties. A benchmark against finite element simulations enables an inverse identification of the specific system parameters and simplifies the characterization procedure.
The properties of diamond make it an attractive material for MEMS and sensor devices. We present the feasibility to fabricate membranes and cantilevers made of nano-(micro-) crystalline diamond films grown on Si/SiO2 substrates using microwave chemical vapour deposition (MWCVD). The patterning of micromechanical structures was performed by a combined process of femtosecond laser ablation and wet etching. We designed cantilever structures with varying lengths and widths (25, 50, 100, 200 and 300 μm). The cantilevers were made in a symmetric left- and right-hand configuration. An additional laser treatment was used to modify the mechanical properties of the left-hand cantilever. The deflection of the laser-treated, and non-treated sections was measured. The global mechanical system properties were simulated and corresponded with high accuracy to the measured results of deflection.
Purpose: Although there is an apparent potential in using data for advanced services in manufacturing environments, SMEs are reluctant to share data with their ecosystem partners, which prevents them from leveraging this potential. Therefore, the purpose of this paper is to analyse the reasons behind these resistances. The argumentation paves the way for elaborating countermeasures that are adequate for the specific situation and the typical capabilities of SMEs.
Design/Methodology/Approach: The analysis is based on literature research and in-depth interviews with management representatives of 15 companies in manufacturing service ecosystems. Half of these are manufacturers and the other half technology or service providers for manufacturers. They are SMEs or partly larger companies operating in structures that are typical for SMEs.
Findings: Data sharing hurdles are investigated in the five dimensions, 1. quantifying the value of data, 2. willingness to share data and trust, 3. organizational culture and mindset, 4. legal aspects, and 5. security and privacy. The ability to quantify the value of data is a necessary but not sufficient precondition for data sharing, which must be enabled by adequate measures in the other four dimensions.
Originality/Value: The findings of this empirical study and the solution approach provide an SME-specific framework to analyze hurdles that must be overcome for sharing data in an ecosystem.
Manufacturing SMEs can apply the framework to overcome the hurdles by specific insights and solution approaches. Furthermore, the analysis illustrates the future research direction of the project towards a comprehensive solution approach for data sharing in a manufacturing ecosystem.
The design and development of smart products and services with data science enabled solutions forms a core topic of the current trend of digitalisation in industry. Enabling skilled staff, employees, and students to use data science in their daily work routine of designing such products and services is a key concern of higher education institutions, including universities, company workshop providers and in further education. The scope and usage scenario of this paper is to assess software modules (‘tools’) for integrated data and analytics as service (DAaaS). The tools are usually driven by machine learning, may be deployed in cloud infrastructures, and are specifically targeted at particular needs of the industrial manufacturing, production, or supply chain sector.
The paper describes existing theories and previous work, namely methods used in didactics, work done for visually designing and using machine learning algorithms (no-code / low- code tools), as well as combinations of these two topics. For tools available on the market, an extended assessment of their suitability for a set of learning scenarios and personas is discussed.
Smart services disrupt business models and have the potential to stimulate the circular economy transition of regions, enabling an environmentally friendly atmosphere for sustainable and innovation-driven growth of regions. Although smart services are powerful means for deploying circular economy goals in industrial practices, there is little systematic guidance on how the adoption of smart services could improve resource efficiency and stimulate smart regional innovation-driven growth, enabled through circular design. Implemented in the scope of Vorarlberg’s smart specialization strategy, this paper contributes to the literature on the circular economy and regional innovation-driven growth by assessing critical factors of the value creation and value capture implemented within the scope of the quadruple helix system. By identifying the main challenges and opportunities of collaborative value creation and value capture in setting-up smart circular economy strategies and by assessing the role of innovation actors within the quadruple helix innovation system, the study provides recommendations and set of guidelines for managers and public authorities in managing circular transition. Finally, based on the analysis of the role of actors in creating shared value and scaling-up smart circular economy practices in the quadruple helix innovation systems, the paper investigates the role of banks as enablers of circular economy innovation-driven regional growth and smart value creation.
Small and medium-sized enterprises often face resource deficits and there- fore depend on cooperating with other actors to stay innovative in a competitive environment. Establishing and maintaining actual co-creation and service inter- action strategies however is challenging. A reason for this is the complexity of finding methodologies and tools to create valuable outcome and the lack of knowledge of collaboration toolsets, also in virtual environments. This paper introduces an Innovation-Method-Framework consisting of innovation methods for increased service interaction and value co-creation among service stakeholders. Also, toolsets for the framework’s practical application are provided.