《基於原子非線性的全光量子器件及其特性的研究》是依託山西大學，由周海濤擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於原子非線性的全光量子器件及其特性的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：周海濤
- 依託單位：山西大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
全光量子器件是一種量子相干器件，它可用於控制光子在受限系統和光子網路中的相干傳輸，實現對各種量子態的全光操控，它已成為目前快速發展的重要領域之一，推動了量子信息技術向集成化和網路化的實用型方向發展。本項目擬在已有的原子相干和四波混頻效應的實驗研究基礎上，在雙色場耦合的銫原子系統中，利用原子相干對光折射率的調製，開展基於原子氣體的全光器件及其特性的研究。具體內容包括：（1）、在EIT介質中，實現光學二極體、三極體及反射鏡等光學器件效應的實驗研究；（2）、實驗研究和理論分析光學器件工作特性隨介質非線性效應變化規律；（3）、光學器件套用到四波混頻過程，對多通道信號場的全光控制及量子信息轉換的實驗研究；（4）、全光控制信號場的量子噪聲特性的實驗研究及理論分析。探索多通道量子信息存儲、量子邏輯門等量子網路技術的可行性方案。
結題摘要
全光量子器件是當前量子通訊領域一個非常熱門的研究課題，其本質就是通過對相互作用光子的相干控制，從而實現對各種量子態的全光操控.而鹼金屬原子具有相對穩定的物理特性，是構成全光量子器件的重要組成單元，可以很好的作為未來量子信息存儲和交換的有效媒介。因此我們在已積累的原子相干和四波混頻效應的實驗研究基礎上，利用銫原子作為研究對象，在全光控制的光學反射鏡、光學二極體效應，以及具有強度關聯的糾纏光源製備以及基於原子-腔耦合系統下的光傳輸特性等方面開展了相關研究。首先，我們基於雙lambda型原子系統，研究了通過受激拉曼的的四波混頻過程，實驗上獲得一對頻差約18.4GHz、強度差壓縮約2.5dB的量子關聯光場，理論上定性的分析了在較大基態超精細分裂能級條件下能產生量子關聯的最佳物理條件，為下一步開展基於原子吸收線附近的級聯多組分糾纏光場的產生及高階模關聯光場的製備奠定了理論和實驗基礎；其次，通過駐波耦合場作用的原子系統，基於反常色散補償相位失配理論，實驗驗證了反射效率在不同能級條件下，隨光場之間的角度及頻率失諧等參量的變化規律，實驗獲得反射效率超過60%的反射信號，實現了具有濾膜降噪功能的光控反射鏡，並將部分功能集成化和儀器化；第三，理論分析比實驗研究了耦合光的光泵浦效應對熱原子介質的極化特性的影響，發現光泵浦導致介質的強吸收效應與作用光場的方向無關，而取決於泵浦光的拉比頻率及失諧程度，該結論對於基於原子-腔耦合系統下的量子行為的研究具有非常重要的指導意義。綜上所述，該項目的研究成果豐富了基於原子相干的四波混頻效應的研究內容，推動了全光控制的多通道量子通訊、量子邏輯門操控、量子計算等量子信息技術向集成化和網路化的實用型方向發展。
