利用原子相干效應實現光量子調製

《利用原子相干效應實現光量子調製》是依託山西大學，由董雅賓擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：利用原子相干效應實現光量子調製
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：董雅賓
• 依託單位：山西大學

項目摘要

量子信息學作為一門新興的學科，顯示了極為廣闊的科學和技術套用前景。量子信息是利用量子力學的基本原理來實現信息的產生、傳遞、處理和存儲。它在保密通信和高速並行計算等方面有著經典信息無可比擬的優越性。最近研究表明，利用原子相干效應可以實現量子開關以及量子振幅和相位調製。該項目擬在鹼金屬原子氣室中對多種不同能級結構的原子系綜的量子相干效應進行研究，從理論和實驗上探討實現量子開關以及量子振幅和位相調製的途徑和機理，並關注最佳化實驗效果的一些關鍵技術，包括耦合光及信號光的功率、偏振，原子氣室的密度、溫度，原子基態相干時間，駐波長的空間周期，耦合光和信號光的傳播方向和夾角等因素的影響。

結題摘要

量子信息是利用量子力學的基本原理來實現信息的產生、傳遞、處理和存儲。它在保密通信和高速並行計算等方面有著經典信息無可比擬的優越性。近來研究表明，利用原子相干效應可以實現對光信號振幅和相位調製以及光量子開關。 本項目研究了N型及三腳架型四能級原子系統中的電磁感應光柵（EIG）現象，結果表明利用EIG效應可以實現開關和調製信號光，信號光的一級衍射效率接近正弦相位光柵的理論極限。並且控制光和信號光的功率可以非常低，甚至可以達到幾個光子的能量水平。這在實現量子調控和量子器件存在潛在的套用價值。相關結論發表在2014年第7期的Chinese Physics B上（SCI收錄）。申請並獲得了名為“一種全光開關控制方法”國家發明專利，專利號：CN201310680461.3. 通過本項目的研究還發現，對於原子有熱運動時的N型及三角架型四能級系統來說，可以利用其電磁感應光柵（EIG）效應來實現開關和調製信號光，並且信號光的一級衍射效率比起冷原子系統中的一級衍射效率並不低多少。這說明熱原子系統或許比冷原子系統在實現量子調控和量子器件上具有更大的優勢。相關結論分別發表在2017年第1期的Chinese Physics B上（SCI收錄）以及投稿到“中國雷射”上，正在審稿中。 我們還找到了一種能夠大大的提高信號光的一級衍射效率的方法，使其突破正弦相位光柵的理論極限34%而達到80%以上。這將對量子調控和量子器件的發展和研製具有巨大的促進作用和潛在的套用價值。相關內容已整理成文章，準備投稿，並正在申請專利。 此外我們從理論和實驗上分析比較了四能級結構之間以及它們與三能級結構之間實現量子振幅調製或量子相位調製的異同之處以及難易程度，結果表明，四能級結構比三能級結構更容易實現量子振幅調製和量子相位調製，且調製效率更高。同時獲得了各參數與調製效率之間的關係，找到了提高量子調製的方法。相關結果已整理成文章，準備投稿。