@phdthesis{Maier2017,
  author    = {Maier, Sebastian},
  title     = {Quantenpunktbasierte Einzelphotonenquellen und Licht-Materie-Schnittstellen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-152972},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {Die Quanteninformationstechnologie ist ein Schwerpunkt intensiver weltweiter Forschungsarbeit, da sie L{\"o}sungen f{\"u}r aktuelle globale Probleme verspricht. So bietet die Quantenkommunikation (QKD, engl. quantum key distribution) absolut abh{\"o}rsichere Kommunikationsprotokolle und k{\"o}nnte, mit der Realisierung von Quantenrepeatern, auch {\"u}ber große Distanzen zum Einsatz kommen. Quantencomputer (engl. quantum computing) k{\"o}nnten von Nutzen sein, um sehr schwierige und komplexe mathematische Probleme schneller zu l{\"o}sen. Ein grundlegender kritischer Baustein der gesamten halbleiterbasierten Quanteninformationsverarbeitung (QIP, engl. quantum information processing) ist die Bereitstellung von Proben, die einerseits die geforderten physikalischen Eigenschaften aufweisen und andererseits den Anforderungen der komplexen Messtechnik gen{\"u}gen, um die Quanteneigenschaften nachzuweisen und technologisch nutzbar machen zu k{\"o}nnen. In halbleiterbasierten Ans{\"a}tzen haben sich Quantenpunkte als sehr vielversprechende Kandidaten f{\"u}r diese Experimente etabliert. Halbleiterquantenpunkte weisen große {\"A}hnlichkeiten zu einzelnen Atomen auf, die sich durch diskrete Energieniveaus und diskrete Spektrallinien im Emissionsspektrum manifestieren, und zeichnen sich {\"u}berdies als exzellente Emitter f{\"u}r einzelne und ununterscheidbare Photonen aus. Außerdem k{\"o}nnen mit Quantenpunkten zwei kritische Bausteine in der Quanteninformationstechnologie abgedeckt werden. So k{\"o}nnen station{\"a}re Quantenbits (Qubits) in Form von Elektronenspinzust{\"a}nden gespeichert werden und mittels Spin-Photon-Verschr{\"a}nkung weit entfernte station{\"a}re Qubits {\"u}ber fliegende photonische Qubits verschr{\"a}nkt werden. Die Herstellung und Charakterisierung von quantenpunktbasierten Halbleiterproben, die sich durch definierte Eigenschaften f{\"u}r Experimente in der QIP auszeichnen, steht im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit. Die Basis f{\"u}r das Probenwachstum bildet dabei das Materialsystem von selbstorganisierten In(Ga)As-Quantenpunkten auf GaAs-Substraten. Die Herstellung der Quantenpunktproben mittels Molekularstrahlepitaxie erm{\"o}glicht h{\"o}chste kristalline Qualit{\"a}ten und bietet die M{\"o}glichkeit, die Quantenemitter in photonische Resonatoren zu integrieren. Dadurch kann die Lichtauskoppeleffizienz stark erh{\"o}ht und die Emission durch Effekte der Licht-Materie-Wechselwirkung verst{\"a}rkt werden. Vor diesem Hintergrund wurden in der vorliegenden Arbeit verschiedene In(Ga)As-Quantenpunktproben mit definierten Anforderungen mittels Molekularstrahlepitaxie hergestellt und deren morphologische und optische Eigenschaften untersucht. F{\"u}r die Charakterisierung der Morphologie kamen Rasterelektronen- und Rasterkraftmikroskopie zum Einsatz. Die optischen Eigenschaften wurden mit Hilfe der Reflektions-, Photolumineszenz- und Resonanzfluoreszenz-Spektroskopie sowie Autokorrelationsmessungen zweiter Ordnung ermittelt. Der Experimentalteil der Arbeit ist in drei Kapitel unterteilt, deren Kerninhalte im Folgenden kurz wiedergegeben werden. Quasi-Planare Einzelphotonenquelle mit hoher Extraktionseffizienz: Planare quantenpunktbasierte Einzelphotonenquellen mit hoher Extraktionseffizienz sind f{\"u}r Experimente zur Spinmanipulation von herausragender Bedeutung. Elektronen- und Lochspins haben sich als gute Kandidaten erwiesen, um gezielt einzelne Elektronenspins zu initialisieren, manipulieren und zu messen. Ein einzelner Quantenpunkt muss einfach geladen sein, damit er im Voigt-Magnetfeld ein λ-System bilden kann, welches die grundlegende Konfiguration f{\"u}r Experimente dieser Art darstellt. Wichtig sind hier einerseits eine stabile Spinkonfiguration mit langer Koh{\"a}renzzeit und andererseits hohe Lichtauskoppeleffizienzen. Quantenpunkte in planaren Mikrokavit{\"a}ten weisen gr{\"o}ßere Werte f{\"u}r die Spindephasierungszeit auf als Mikro- und Nanot{\"u}rmchenresonatoren, dagegen ist bei planaren Proben die Lichtauskoppeleffizienz geringer. In diesem Kapitel wird eine quasi-planare quantenpunktbasierte Quelle f{\"u}r einzelne (g(2)(0)=0,023) und ununterscheidbare Photonen (g(2)indist (0)=0,17) mit hoher Reinheit vorgestellt. Die Quantenpunktemission weist eine sehr hohe Intensit{\"a}t und optische Qualit{\"a}t mit Halbwertsbreiten nahe der nat{\"u}rlichen Linienbreite auf. Die Auskoppeleffizienz wurde zu 42\% f{\"u}r reine Einzelphotonenemission bestimmt und {\"u}bersteigt damit die, f{\"u}r eine planare Resonatorstruktur erwartete, Extraktionseffizienz (33\%) deutlich. Als Grund hierf{\"u}r konnte die Kopplung der Photonenemission an Gallium-induzierte, Gauß-artige Defektstrukturen ausgemacht werden. Mithilfe morphologischer Untersuchungen und Simulationen wurde gezeigt, dass diese Defektkavit{\"a}ten einerseits als Nukleationszentren f{\"u}r das Quantenpunktwachstum dienen und andererseits die Extraktion des emittierten Lichts der darunterliegenden Quantenpunkte durch Lichtb{\"u}ndelung verbessern. In weiterf{\"u}hrenden Arbeiten konnte an dieser spezifischen Probe der fundamentale Effekt der Verschr{\"a}nkung von Elektronenspin und Photon nachgewiesen werden, der einen kritischen Baustein f{\"u}r halbleiterbasierte Quantenrepeater darstellt. Im Rahmen dieses Experiments war es m{\"o}glich, die komplette Tomographie eines verschr{\"a}nkten Spin-Photon-Paares an einer halbleiterbasierten Spin-Photon Schnittstelle zu messen. {\"U}berdies konnte Zweiphotoneninterferenz und Ununterscheidbarkeit von Photonen aus zwei r{\"a}umlich getrennten Quantenpunkten auf diesem Wafer gemessen werden, was ebenfalls einen kritischen Baustein f{\"u}r Quantenrepeater darstellt. Gekoppeltes Quantenfilm-Quantenpunkt System: Weitere Herausforderungen f{\"u}r optisch kontrollierte halbleiterbasierte Spin-Qubit-Systeme sind das schnelle und zerst{\"o}rungsfreie Auslesen der Spin-Information sowie die Implementierung eines skalierbaren Ein-Qubit- und Zwei-Qubit-Gatters. Ein k{\"u}rzlich ver{\"o}ffentlichtes theoretisches Konzept k{\"o}nnte hierzu einen eleganten Weg er{\"o}ffnen: Hierbei wird die spinabh{\"a}ngige Austauschwechselwirkung zwischen einem Elektron-Spin in einem Quantenpunkt und einem Exziton-Polariton-Gas, welches in einem nahegelegenen Quantenfilm eingebettet ist, ausgen{\"u}tzt. So k{\"o}nnte die Spin-Information zerst{\"o}rungsfrei ausgelesen werden und eine skalierbare Wechselwirkung zwischen zwei Qubits {\"u}ber gr{\"o}ßere Distanzen erm{\"o}glicht werden, da sich die Wellenfunktion von Exziton-Polaritonen, abh{\"a}ngig von der G{\"u}te des Mikroresonators, {\"u}ber mehrere μm ausdehnen kann. Dies und weitere m{\"o}gliche Anwendungen machen das gekoppelte Quantenfilm-Quantenpunkt System sehr interessant, weshalb eine grundlegende experimentelle Untersuchung dieses Systems w{\"u}nschenswert ist. In Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe um Yoshihisa Yamamoto an der Universit{\"a}t Stanford, wurde hierzu ein konkretes Probendesign entwickelt und im Rahmen dieser Arbeit technologisch verwirklicht. Durch systematische epitaktische Optimierung ist es gelungen, ein gekoppeltes Quantenfilm-Quantenpunkt System erfolgreich in einen Mikroresonator zu implementierten. Das Exziton-Polariton-Gas konnte mittels eines Quantenfilms in starker Kopplung in einer Mikrokavit{\"a}t mit einer Rabi-Aufspaltung von VR=2,5 meV verwirklicht werden. Zudem konnten einfach geladene Quantenpunkte mit hoher optischer Qualit{\"a}t und klarem Einzelphotonencharakter (g(2)(0)=0,24) in unmittelbarer N{\"a}he zum Quantenfilm gemessen werden. Positionierte Quantenpunkte: F{\"u}r die Herstellung quantenpunktbasierter Einzelphotonenquellen mit hoher optischer Qualit{\"a}t ist eine skalierbare technologische Produktionsplattform w{\"u}nschenswert. Dazu m{\"u}ssen einzelne Quantenpunkte positionierbar und somit deterministisch und skalierbar in Bauteile integriert werden k{\"o}nnen. Basierend auf zweidimensionalen, regelm{\"a}ßig angeordneten und dadurch adressierbaren Quantenpunkten gibt es zudem ein Konzept, um ein skalierbares, optisch kontrolliertes Zwei-Qubit-Gatter zu realisieren. Das hier verfolgte Prinzip f{\"u}r die Positionierung von Quantenpunkten beruht auf der Verwendung von vorstrukturierten Substraten mit ge{\"a}tzten Nanol{\"o}chern, welche als Nukleationszentren f{\"u}r das Quantenpunktwachstum dienen. Durch eine optimierte Schichtstruktur und eine erh{\"o}hte Lichtauskopplung unter Verwendung eines dielektrischen Spiegels konnte erstmals Resonanzfluoreszenz an einem positionierten Quantenpunkt gemessen werden. In einem weiteren Optimierungsansatz konnte außerdem Emission von positionierten InGaAs Quantenpunkten auf GaAs Substrat bei 1,3 μm Telekommunikationswellenl{\"a}nge erreicht werden.},
  subject      = {Quantenpunkt},
  language  = {de}
}
@article{WurmbVollmerSefrinetal.2015,
  author    = {Wurmb, Thomas and Vollmer, Tina and Sefrin, Peter and Kraus, Martin and Happel, Oliver and Wunder, Christian and Steinisch, Andrias and Roewer, Norbert and Maier, Sebastian},
  title     = {Monitoring of in-hospital cardiac arrest events with the focus on Automated External Defibrillators - a retrospective observational study},
  series = {Scandinavian Journal of Trauma, Resuscitation and Emergency Medicine},
  volume    = {23},
  journal   = {Scandinavian Journal of Trauma, Resuscitation and Emergency Medicine},
  number    = {87},
  doi       = {10.1186/s13049-015-0170-7},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-125756},
  year      = {2015},
  abstract  = {Background Patients with cardiac arrest have lower survival rates, when resuscitation performance is low. In In-hospital settings the first responders on scene are usually nursing staff without rhythm analysing skills. In such cases Automated External Defibrillators (AED) might help guiding resuscitation performance. At the Wuerzburg University Hospital (Germany) an AED-program was initiated in 2007. Aim of the presented study was to monitor the impact of Automated External Defibrillators on the management of in-hospital cardiac arrest events. Methods The data acquisition was part of a continuous quality improvement process of the Wuerzburg University Hospital. For analysing the CPR performance, the chest compression rate (CCR), compression depth (CCD), the no flow fraction (NFF), time interval from AED-activation to the first compression (TtC), the time interval from AED-activation to the first shock (TtS) and the post schock pause (TtCS) were determined by AED captured data. A questionnaire was completed by the first responders. Results From 2010 to 2012 there were 359 emergency calls. From these 53 were cardiac arrests with an AED-application. Complete data were available in 46 cases. The TtC was 34 (32-52) seconds (median and IQR).The TtS was 30 (28-32) seconds (median and IQR) . The TtCS was 4 (3-6) seconds (median and IQR) . The CCD was 5.5 ± 1 cm while the CCR was 107 ± 11/min. The NFF was calculated as 41 \%. ROSC was achieved in 21 patients (45 \%), 8 patients (17 \%) died on scene and 17 patients (37 \%) were transferred under ongoing CPR to an Intensive Care Unit (ICU). Conclusion The TtS and TtC indicate that there is an AED-user dependent time loss. These time intervals can be markedly reduced, when the user is trained to interrupt the AED's "chain of advices" by placing the electrode-paddles immediately on the patient's thorax. At this time the AED switches directly to the analysing mode. Intensive training and adaption of the training contents is needed to optimize the handling of the AED in order to maximize its advantages and to minimize its disadvantages.},
  language  = {en}
}
@article{YuNatarajanHorikirietal.2015,
  author    = {Yu, Leo and Natarajan, Chandra M. and Horikiri, Tomoyuki and Langrock, Carsten and Pelc, Jason S. and Tanner, Michael G. and Abe, Eisuke and Maier, Sebastian and Schneider, Christian and H{\"o}fling, Sven and Kamp, Martin and Hadfield, Robert H. and Fejer, Martin M. and Yamamoto, Yoshihisa},
  title     = {Two-photon interference at telecom wavelengths for time-bin-encoded single photons from quantum-dot spin qubits},
  series = {Nature Communications},
  volume    = {6},
  journal   = {Nature Communications},
  doi       = {10.1038/ncomms9955},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-138677},
  pages     = {8955},
  year      = {2015},
  abstract  = {Practical quantum communication between remote quantum memories rely on single photons at telecom wavelengths. Although spin-photon entanglement has been demonstrated in atomic and solid-state qubit systems, the produced single photons at short wavelengths and with polarization encoding are not suitable for long-distance communication, because they suffer from high propagation loss and depolarization in optical fibres. Establishing entanglement between remote quantum nodes would further require the photons generated from separate nodes to be indistinguishable. Here, we report the observation of correlations between a quantum-dot spin and a telecom single photon across a 2-km fibre channel based on time-bin encoding and background-free frequency downconversion. The downconverted photon at telecom wavelengths exhibits two-photon interference with another photon from an independent source, achieving a mean wavepacket overlap of greater than 0.89 despite their original wavelength mismatch (900 and 911 nm). The quantum-networking operations that we demonstrate will enable practical communication between solid-state spin qubits across long distances.},
  language  = {en}
}
@article{LeeLimSchneideretal.2015,
  author    = {Lee, Chang-Min and Lim, Hee-Jin and Schneider, Christian and Maier, Sebastian and H{\"o}fling, Sven and Kamp, Martin and Lee, Yong-Hee},
  title     = {Efficient single photon source based on \(\mu\)-fibre-coupled tunable microcavity},
  series = {Scientific Reports},
  volume    = {5},
  journal   = {Scientific Reports},
  number    = {14309},
  doi       = {10.1038/srep14309},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-145835},
  year      = {2015},
  abstract  = {Efficient and fast on-demand single photon sources have been sought after as critical components of quantum information science. We report an efficient and tunable single photon source based on an InAs quantum dot (QD) embedded in a photonic crystal cavity coupled with a highly curved \(\mu\)-fibre. Exploiting evanescent coupling between the \(\mu\)-fibre and the cavity, a high collection efficiency of 23\% and Purcell-enhanced spontaneous emissions are observed. In our scheme, the spectral position of a resonance can be tuned by as much as 1.5 nm by adjusting the contact position of the \(\mu\)-fibre, which increases the spectral coupling probability between the QD and the cavity mode. Taking advantage of the high photon count rate and the tunability, the collection efficiencies and the decay rates are systematically investigated as a function of the QD-cavity detuning.},
  language  = {en}
}
@article{MaierGoldForcheletal.2014,
  author    = {Maier, Sebastian and Gold, Peter and Forchel, Alfred and Gregersen, Niels and Mork, Jesper and H{\"o}fling, Sven and Schneider, Christian and Kamp, Martin},
  title     = {Bright single photon source based on self-aligned quantum dot-cavity systems},
  series = {Optics Express},
  volume    = {22},
  journal   = {Optics Express},
  number    = {7},
  issn      = {1094-4087},
  doi       = {10.1364/OE.22.008136},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-119801},
  pages     = {8136-42},
  year      = {2014},
  abstract  = {We report on a quasi-planar quantum-dot-based single-photon source that shows an unprecedented high extraction efficiency of 42\% without complex photonic resonator geometries or post-growth nanofabrication. This very high efficiency originates from the coupling of the photons emitted by a quantum dot to a Gaussian shaped nanohill defect that naturally arises during epitaxial growth in a self-aligned manner. We investigate the morphology of these defects and characterize the photonic operation mechanism. Our results show that these naturally arising coupled quantum dot-defects provide a new avenue for efficient (up to 42\% demonstrated) and pure (g(2)(0) value of 0.023) single-photon emission.},
  language  = {en}
}
@article{EliasHeuschmannSchmittetal.2013,
  author    = {Elias, Johannes and Heuschmann, Peter U. and Schmitt, Corinna and Eckhardt, Frithjof and Boehm, Hartmut and Maier, Sebastian and Kolb-M{\"a}urer, Annette and Riedmiller, Hubertus and M{\"u}llges, Wolfgang and Weisser, Christoph and Wunder, Christian and Frosch, Matthias and Vogel, Ulrich},
  title     = {Prevalence dependent calibration of a predictive model for nasal carriage of methicillin-resistant Staphylococcus aureus},
  series = {BMC Infectious Diseases},
  journal   = {BMC Infectious Diseases},
  doi       = {10.1186/1471-2334-13-111},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-96091},
  year      = {2013},
  abstract  = {Background Published models predicting nasal colonization with Methicillin-resistant Staphylococcus aureus among hospital admissions predominantly focus on separation of carriers from non-carriers and are frequently evaluated using measures of discrimination. In contrast, accurate estimation of carriage probability, which may inform decisions regarding treatment and infection control, is rarely assessed. Furthermore, no published models adjust for MRSA prevalence. Methods Using logistic regression, a scoring system (values from 0 to 200) predicting nasal carriage of MRSA was created using a derivation cohort of 3091 individuals admitted to a European tertiary referral center between July 2007 and March 2008. The expected positive predictive value of a rapid diagnostic test (GeneOhm, Becton \& Dickinson Co.) was modeled using non-linear regression according to score. Models were validated on a second cohort from the same hospital consisting of 2043 patients admitted between August 2008 and January 2012. Our suggested correction score for prevalence was proportional to the log-transformed odds ratio between cohorts. Calibration before and after correction, i.e. accurate classification into arbitrary strata, was assessed with the Hosmer-Lemeshow-Test. Results Treating culture as reference, the rapid diagnostic test had positive predictive values of 64.8\% and 54.0\% in derivation and internal validation corhorts with prevalences of 2.3\% and 1.7\%, respectively. In addition to low prevalence, low positive predictive values were due to high proportion (> 66\%) of mecA-negative Staphylococcus aureus among false positive results. Age, nursing home residence, admission through the medical emergency department, and ICD-10-GM admission diagnoses starting with "A" or "J" were associated with MRSA carriage and were thus included in the scoring system, which showed good calibration in predicting probability of carriage and the rapid diagnostic test's expected positive predictive value. Calibration for both probability of carriage and expected positive predictive value in the internal validation cohort was improved by applying the correction score. Conclusions Given a set of patient parameters, the presented models accurately predict a) probability of nasal carriage of MRSA and b) a rapid diagnostic test's expected positive predictive value. While the former can inform decisions regarding empiric antibiotic treatment and infection control, the latter can influence choice of screening method.},
  language  = {en}
}