具有長壽命量子記憶的光與原子糾纏源

《具有長壽命量子記憶的光與原子糾纏源》是依託山西大學，由徐忠孝擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：具有長壽命量子記憶的光與原子糾纏源
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：徐忠孝
• 依託單位：山西大學

項目摘要

具有長壽命量子記憶的光與原子糾纏態在量子中繼中是重要的基本元件。通過自發Raman散射可以獲得光子與原子自旋波的糾纏。為了實現糾纏態在超長距離上的分發，要求原子自旋波的存儲能夠長時間的保持。在通常冷原子系綜獲得的光與原子糾纏態中，自旋波比特存儲壽命約為10-20微秒。本項目擬在較強的磁場的作用下使原子Zeeman能級產生足夠分裂，通過Raman散射產生量子關聯的Stokes光子和自旋波記憶，採用光學濾波的方法，消除與原子磁敏感自旋波對應的Stokes光子，獲得光與原子磁不敏感自旋波之間的糾纏，使量子記憶壽命達到ms量級。

結題摘要

本項目的主要研究內容是研究影響長壽命光與原子糾纏的因素，並且通過對這些因素的改進來實現長壽命的光與原子糾纏。具有長壽命量子記憶的光與原子糾纏態在量子通信和量子計算有重要的意義，是目前實現量子套用中的一個重要研究方向。糾纏態的壽命與很多因素有直接的關係，首先是存儲介質的相干壽命，通過不斷的降低存儲介質的溫度，可以不斷的延長介質的相干壽命，例如在光晶格或是BEC中已經可以獲得超過100ms的光與原子糾纏，但是這樣會使實驗系統越來越複雜，不利用實際套用。其次是與環境噪聲的敏感性，可以通過尋找特定的能級，這些能級的疊加態與外界環境相對不敏感，可以通過這些方法來儘可能的獲得長壽命的光與原子糾纏。最理想的糾纏源是能夠在最簡單的系統中實現儘量長壽命的糾纏源。而在標準冷原子系綜獲得的光與原子糾纏態中，自旋波比特存儲壽命還不超過50微秒。按照計畫，課題組通過三年的研究工作，實驗上重新建立並完善了Rb的磁光阱系統，最佳化了軸向磁場及補償地磁場線圈設計降低了磁場梯度，獲得了光學厚度為20的冷原子系綜。通過減小了採集光路和寫讀光光路的角度延長了自旋波波長，並通過BD40選偏振並且合束的方式，成功演示了在Rb冷原子系綜中獲得ms量級的光與原子糾纏。實驗結果顯示在初始恢覆信號時刻Bell參量可以達到2.5，在1.2ms時仍能達到2.3。完成了項目計畫內容，獲得了預期是研究成果。項目執行期間共發表學術論文14篇，其中包括Phys. Rev. lett.、Phys. Rev. A、Optics Express、等SCI高區論文5篇；授權國家發明專利專利1項。該實驗結果為目前僅有的在標準MOT系統下，不需要相位鎖定便可以實現的ms量級光與原子糾纏。在量子信息通信以及量子計算中有重要的潛在套用價值。