Kvantsammanflätning har varit ett populärt ämne bland fysiker i snart 100 år då det tydligt belyser hur annorlunda kvantmekanikens värld är jämfört med den klassiska verklighet vi lever i. Med tiden har kvantsammanflätning blivit mer och mer välförstått och teknologier ämnade att utnyttja det har de senaste årtionden kommit allt närmare till industriell använding. Kvantdatorer är fortfarande i forskningsstadiet men idag excisterar det en kvantdator som kan lösa vissa problem betydligt mycket snabbare än en klassisk dator. På grund av algorithmer som Shors faktoriseringsalgoritm och Grovers sökalgoritm så riskerar dagens krypteringsprotokoll för kommunikation att bli otillräckliga. Som svar på detta har en fysikalisk icke-hackbar krypterings metodik tagits fram i form av QKD. Det baseras på att generara krypteringsnycklar från slumptal och att dessa distribueras tack vare kvantsammanflätning. För att lyckas med detta så krävs generering av sammanflätade kvanttillstånd, kvantbitar, samt singel-fotonsdetektorer. I den här masteruppsatsen har en kvantprick karaktäriserats och används för att generera sammanflätade kvantbitar i QNP-gruppens lab på KTH samt för att skicka enstaka fotoner via Stockholms fibernät till Ericsson i Kista där de detekteras av singel foton detectorer. Multifoton sannolikheten har uppmäts till 0.049 för exciton fotoner samt 0.169 för biexciton fotoner i labbet medan ett värde på 0.176 har uppmäts för exciton fotoner detekterade hos Ericsson, vilket är betydligt lägre än singel emission gränsen 0.5 (dvs foton källan sänder ut singel fotoner). Synkronisering av data är avgörande för att få QKD att fungera varpå en post process-tidssynkroniserings metod baserad på biexciton-exciton kaskad-sönderfall har implementerats i lab. / Quantum entanglement has been a popular topic amongst physicists for almost 100 years as it clearly illuminates the extreme difference between the quantum mechanical world and our classical reality. Over time, the quantum physical property of entanglement became more and more well understood and technologies utilizing entanglement are coming closer to reach industry. Quantum computers are still in the research stage but there already exists a quantum computer capable of solving tailored problems significantly faster than a classical computer. Due to algorithms like Shor’s factorization algorithm and Grover’s search algorithm the current cryptography schemes used to ensure secure communication risk rendering obsolete. A response to this was the invention of the theoretically un­hackable Quantum key Distribution (QKD) scheme, based on generating and distributing random cryptography keys by using quantum entanglement. To achieve this, the generation of entangled photons, or qubits, as well as detection of single photons is required. In this thesis a Quantum Dot (QD) is characterized and used to generate quantum entangled states in the Quantum Nano Photonics (QNP)­group lab at KTH as well as sending single photons via the metropolitan fiber network in Stockholm to Ericsson in Kista, where they are detected using single photon detectors. A multi­photon emission probability of 0.049 was measured for the exciton emission and 0.169 for the biexciton emission in the KTH lab as well as a probability of 0.176 was measured for the exciton photons sent to Kista which is significantly lower than the single emitter limit of 0.5 (i.e. the source is emitting pure single photons). Synchronization of data is of high importance in order to implement a working QKD scheme, therefore a post process temporal synchronization method based on the biexciton­exciton cascaded decay is implemented in the lab.

The black hole information paradox arises when quantum mechanical effects are considered in the vicinity of the event horizon of a black hole. In this report we describe the fundamental properties of quantum mechanical systems and black holes that lead to the information paradox, with focus on quantum entanglement. While first presented in 1976, the information paradox is as of yet an unsolved problem. Two of the proposed solutions, black hole complementarity and firewalls, are discussed. / Svarta hålets informationsparadox uppkommer när man tar hänsyn till kvantmekaniska effekter i närheten av händelsehorisonten av ett svart hål. I denna rapport beskrivs de grundläggande egenskaper hos kvantmekaniska system och svarta hål som leder till informationsparadoxen, med fokus på kvantintrassling. Paradoxen, som presenterades 1976 men än idag är ett olöst problem, förklaras sedan. Två av de förslagna lösningarna till paradoxen, svarta hål-komplementaritet och firewalls, diskuteras.

A distributed quantum computer holds the potential to emulate a larger quantumcomputer by being partitioned it into smaller modules where local operations (LO)can be applied, and classical communication (CC) can be utilized between thesemodules. Finding algorithms under LOCC restrictions is crucial for leveraging thecapabilities of distributed quantum computing, This thesis explores probabilisticexact LOCC supermaps, that maps 2-qubit bipartite unitary operations to its inver-sion and complex conjugation. Presented are LOCC unitary inversion and complexconjugation supermaps that use 3 calls of the operation, achieving success proba-bilities of 3/128 and 3/8, respectively. These supermaps are discovered through anexamination of the Kraus Cirac decomposition and its interaction with single qubitunitary inversion supermaps. These results can be used for time reversal of as welland noise reduction in closed distributed quantum systems / En distribuerad kvantdator har potentialen att emulera en större kvantdator genom att delas upp i mindre moduler, där lokala operations (LO) kan appliceras och klassisk kommunikation (CC) användas. För att effektivt kunna använda algoritmer på en distribuerad kvantdator måste de anpassas för LOCC restriktioner. Denna avhandling studerar probabilistiskt exakta LOCC superavbildningar, somavbildar 2-qubits bipartita unitära operationer till deras invers och komplexkonjugat. I avhandlingen presenters en LOCC unitär inversion- samt en komplexkonjugatsuperavbildning vilka använder 3 anrop av operationen och lyckas med sannolikhet 3/128 respektive 3/8. Dessa superavbildningar hittades genom att studera Kraus Cirac-uppdelningen och dess interaktion med 1-qubits inversionsuperavbildningar. Förhoppningsvis kan dessa resultat användas till att invertera tiden samt brusreducering på distribuerade kvantsystem.