Entangled photon pairs play a crucial role in quantum information processing such as quantumkey distribution, linear optical quantum computation, quantum teleportation, entanglement swapping, etc. Quantum dots have gathered much attention due to their deterministic generation of the photon pairs.

 The emission process of the photon pair in a quantum dot relies on the cascaded spontaneous emission of a three-level system. Time correlations between emitted photons arise because of their time-ordered emissions. The time correlations lead to low purities of photonic states, resulting in deteriorated photon indistinguishability. We explore the visibility of the two-photon interference depending on the coherence times. Furthermore, we investigate the photon indistinguishability in the cascade emissions by executing the temporal post-selection from a triggered two-photon interference.

 Low photon collection efficiency calls for a photonic structure such as a micropillar cavity. The usual technique is to adopt the Purcell enhancement. However, this benchmark is not suitable for biexciton-exciton photon pairs because biexciton and exciton photons have different energies. We developed a new paradigm to increase the collection efficiency based on suppression of the emission into the outside of cavity mode using the low-quality factor cavity, which contradicts the conventional method relying on the Purcell enhancement.

This work presents a collection of scientific research results in the field of quantum information. The first paper describes the mathematical properties of a particular type of state of light, called the two-mode squeezed state (TMSS). We have shown that it is possible to generate a superposition of such states with particular probability distributions, making them suitable for applications in quantum information. In particular, such states are effectively phase insensitive, a property that enables a larger extraction of information regarding a dynamical process. The second paper deals with an extensive discussion on the complexity of quantum algorithms. It was observed that while quantum algorithms can, under certain conditions, outperform classical algorithms in time or space complexity, some key steps such as state preparation and information retrieval are not always taken into account when analysing the complexity of quantum algorithms. For this reason, the aim of this study was to provide a complete complexity analysis for the implementation of quantum algorithms, considering different alternatives in terms of state preparation, quantum gate implementation and measurement techniques. We provide an asymptotic analysis of different algorithm implementation strategies. Finally, the last paper deals with the Hong-Ou-Mandel interference visibility of photons emitted in a cascade process. As a result of a two-photon excitation process, an entangled photon pair is emitted. This unwanted entanglement affects the coherence of the reduced single photon state, i.e. one of the photons emitted in the cascade process. As a result, the visibility of the Hong-Ou-Mandel interference is reduced. We show that, under certain conditions, it is possible to circumvent the restriction imposed by the time-energy entanglement by applying a post-selection method. The experimental results together with the theoretical framework are presented to provide a complete analysis of the method.

Este trabalho apresenta uma coleção de resultados de pesquisas científicas no campo da informação quântica. O primeiro artigo descreve as propriedades matemáticas de um tipo específico de estado da luz, chamado de estado comprimido de dois modos (TMSS). Mostramos que é possível gerar uma superposição de tais estados com distribuições de probabilidade específicas, o que os torna adequados para aplicações em informação quântica. Em particular, esses estados são efetivamente insensíveis à fase, propriedade que torna possível aumentar a quantidade de informação que pode ser extraída a respeito de um processo dinâmico. O segundo artigo aborda uma extensa discussão sobre a complexidade de algoritmos quânticos. Foi observado que embora, sob certas condições, os algoritmos quânticos possam superar os algoritmos clássicos em termos de tempo ou espaço, algumas etapas importantes como a preparação do estado e a recuperação de informação nem sempre são contabilizados na análise da complexidade dos algoritmos quânticos. Por esse motivo, o objetivo do estudo é fornecer uma análise completa da complexidade para a implementação de algoritmos quânticos, considerando diferentes alternativas com relação à preparação do estado, à implementação de portas quânticas e técnicas de medição. Apresentamos uma análise assintótica de diferentes estratégias para a implementação de algoritmos. Por fim, o último trabalho está relacionado à visibilidade da interferência de Hong-Ou-Mandel de fótons emitidos em um processo em cascata. Como resultado de um processo de excitação de dois fótons, um par de fótons emaranhados é emitido. Esse emaranhamento indesejado afeta a coerência do estado reduzido de um único fóton, ou seja, de um dos fótons emitidos no processo de cascata. Como resultado, a visibilidade da interferência de Hong-Ou-Mandel é reduzida. Mostramos que, sob certas condições, é possível contornar a restrição imposta pelo emaranhamento tempo-energia aplicando um método de pós-seleção. Os resultados experimentais, juntamente com a fundamentação teórica, são apresentados para fornecer uma análise completa do método.

This work analyzes two of the most common sources of entangled photon pairs. In the two manuscripts, we focused on the study of various properties of the emission coming from a semiconductor quantum dot. In particular, we first investigated and subsequently attempted to reduce the effect of the time correlation of the photon pair on Hong-Ou-Mandel interference visibility. Furthermore, we analyze the photon statistic of the quantum dot emission and use it to test a novel criterion for the certification of quantum non-Gaussianity capable of incorporating some amount of known losses. The last part is instead dedicated to the construction and characterization process of a source of entangled photon pairs based on spontaneous parametric down-conversion in a Sagnac configuration. Throughout this work, we compare the source types' relative strengths and weaknesses, highlighting their suitability for different applications.

Detta arbete analyserar två av de vanligaste källorna till sammanflätade fotonpar. I de två manuskripten fokuserade vi på att studera olika egenskaper hos den emission som kommer från en halvledarkvantpunkt. I synnerhet undersökte vi först och försökte sedan minska effekten av fotonparets tidskorrelation på Hong-Ou-Mandel-interferenssynlighet. Dessutom analyserar vi fotonstatistiken för kvantpunktens emission och använder den för att testa ett nytt kriterium för certifiering av kvantnegaussianitet som kan införliva en viss mängd kända förluster. Den sista delen ägnas istället åt konstruktionen och karakteriseringsprocessen av en källa för sammanflätade fotonpar baserad på spontan parametrisk nedkonvertering i en Sagnac-konfiguration.Genom hela arbetet jämför vi källtypernas relativa styrkor och svagheter och belyser deras lämplighet för olika tillämpningar.