基於冷原子系綜的超糾纏窄線寬光子對的研究

《基於冷原子系綜的超糾纏窄線寬光子對的研究》是依託華南師範大學，由顏輝擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於冷原子系綜的超糾纏窄線寬光子對的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：顏輝
• 依託單位：華南師範大學

項目摘要

糾纏光子對的產生不但是量子光學領域的基礎課題，同時也在量子通信和量子計算等方向有極其重要的套用。特別是基於量子存儲的長距離量子通信(如DLCZ方案)，以及分散式量子計算和量子網路的物理實現基礎都是糾纏光子對。但是以原子系綜為代表的量子存儲只能存儲線寬為MHz量級的光子（銣原子～6MHz），而傳統的參量下轉換產生的糾纏光子對由於線寬太寬（～THz）不能滿足要求，因此窄線寬糾纏光子對的產生成為當前的熱點問題。本項目擬利用四波混頻和慢光技術在冷原子系綜中高效率地產生超糾纏（偏振、時間和頻率同時糾纏）窄線寬光子對，具體研究內容包括：（1）利用二維磁光阱來囚禁大光學厚度冷原子團；（2）利用非同軸四波混頻在冷原子系綜中產生時間頻率糾纏窄線寬光子對；（3）利用不同空間模式光子對的疊加來得到超糾纏窄線寬光子對。本項目的實施，將為長距離量子通信、分散式量子計算以及量子網路的發展提供支撐。

結題摘要

量子網路可套用於分散式量子計算、遠距離量子通信和量子模擬，是當前量子信息研究的熱點課題。實驗實現量子網路的三個關鍵技術之一便是亞自然線寬偏振糾纏光子對的產生。偏振糾纏光子對是量子網路中最好的飛行比特，但目前產生偏振糾纏光子對主要採用非線性晶體參量下轉換的方法，其產生的偏振糾纏光子對線寬很寬，沒有辦法實現量子網路所需的光與原子之間高效率的量子態轉換。史丹福大學Harris研究組利用四波混頻在冷原子系蹤中成功實現了窄線寬糾纏光子對的產生，但由於非極化原子電磁誘導透明的偏振選擇性而導致所產生光子對偏振不能選擇，因此很難產生窄線寬偏振糾纏光子對。本項目的主要研究目標就是要實現亞自然線寬偏振糾纏光子對的產生，解決量子網路的一個關鍵技術問題。本項目征對抗訴研究目標開展研究，成功實現了亞自然線寬偏振糾纏光子對的產生，完成了本項目的各項任務。取得的主要成果如下：（1）實現實現大光學厚度冷原子團（0D>60）;實驗實現窄線寬時間頻率糾纏光子對的產生，相干時間達到1微秒，亮度達到105s-1[Chin. Phys. Lett. 31, 034205(2014)]；（2）實驗實現亞自然線寬偏振、時間和頻率同時糾纏的光子對，相干時間達到1微秒，亮度達到105s-1[Phys. Rev. Lett. 112, 243602 (2014)]；（3）成功產生預告式窄線寬單光子，並利用經典分束器成功實現了單光子量子延遲實驗，在單光子時域波包同時觀察到了光子的波動性和粒子性[arXiv:1412.1549]。已發表SCI論文11篇，其中Phys. Rev. Lett.1篇，Phys. Rev. A 7篇， Appl. Phys. Lett. 1篇；國際、國內會議論文3篇，均為邀請報告。