《囚禁離子與光子量子態轉移的實驗研究》是依託中國科學技術大學，由崔金明擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：囚禁離子與光子量子態轉移的實驗研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：崔金明
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
實現飛行光子與靜態量子節點之間量子態的相互轉移，對構建量子網路具有重要意義，是目前量子信息領域的熱點前沿課題之一。本項目擬採用離子阱中囚禁離子作為靜止量子比特載體，在光纖Fabry–Perot微型諧振腔（FFPC）輔助下，採用腔量子電動力學的方法，進行光子與量子節點之間量子態轉移的實驗研究。項目計畫搭建一套與FFPC集成的離子阱裝置，將單個Yb+離子囚禁於腔模可控的FFPC中，利用微腔增強光子與離子能級的相互作用；通過研究Purcell螢光增強、腔輔助的真空Raman躍遷等基本現象，深入理解量子態動力學演化現象和機制；進一步探索適用於量子態轉移的方案，最終有望高效、高保真度地實現單離子與單光子量子態的相互轉移。本項目將加深人們對光與物質相互作用規律的認識，為下一步構建量子網路奠定基礎。
結題摘要
實現光子與量子節點之間互動界面是構建量子網路的基礎。本項目在光子和囚禁離子系統上開展研究，嘗試構建光子態與離子態的互動和轉移。 首先，光纖Fabry-Perot光學微腔(FFPC)易與原子（或者離子）系統實現強耦合，是實現光子與量子節點互動界面的理想工具。我們研製了一套光纖端面雷射加工裝置，製備了高品質因子的FFPC。FFPC的腔長可以控制到150微米以上，並且腔膜與光纖模式耦合效率大於20%；在紫外波段細度超過1000（Q值大於10^6），紅外波段細度超過10000（Q值大於10^7）。提出並研製了偏振非簡併FFPC，其偏振模式劈裂可以達到GHz量級，並且可以調節匹配原子超精細能級，為實現偏振光子與原子超精細能級量子比特的量子態轉移提供了新方法。 其次，搭建了兩套離子阱裝置，實現了單離子的囚禁、冷卻和量子比特操作；在單個離子阱中實現了量子Kibble-Zurek機制的模擬；在兩個離子阱中驗證了量子上下文與量子計算資源的關係。 此外，提出了利用雙光學諧振腔獲得雙波長糾纏光子對方案，實現了窄線寬非簡併糾纏光源。糾纏源的工作波長可以設定在Yb離子波長935nm和稀土摻雜固態存儲器Nd離子波長880nm，糾纏保真度達89.6%，CHSH不等式違背值達2.36±0.03，為下一步構建離子阱與固態存儲器量子互聯提供了支持。
