熱原子系綜中光場連續變數量子記憶

《熱原子系綜中光場連續變數量子記憶》是依託山西大學，由李淑靜擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：熱原子系綜中光場連續變數量子記憶
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李淑靜
• 依託單位：山西大學

項目摘要

光場連續變數量子記憶是光與原子量子界面研究中的一個重要內容，近年來受到了人們的特別關注。本項目擬在熱原子系綜中開展光場連續變數量子態存儲的實驗研究。利用電磁感應透明效應和大失諧拉曼相互作用動力學過程將光場正交分量轉化為原子自旋極化，存儲在原子系綜中；研究單光子失諧和耦合光光強對存儲效率的影響；通過在原子系綜中施加導向磁場，建立確定的量子化軸，減小因磁場起伏導致的原子記憶退相干，延長光場在熱原子系綜中的存儲壽命；利用平衡零拍探測技術對恢復光場的正交分量進行測量，研究拉曼過程單光子失諧對光場正交分量起伏的影響；對恢復光場量子態進行重構，獲得存儲過程的保真度。本項目旨在探索利用裝置相對簡單的熱原子系綜進行光場量子態存儲，為實用化的連續變數量子記憶裝置提供基礎。

結題摘要

光量子存儲是量子信息處理領域的核心技術之一，本項目在熱原子系綜中開展了光場正交分量存儲的實驗研究。研究了磁場起伏引起的消相干對存儲壽命的影響，通過外加導向磁場對雜散磁場進行抑制，將存儲壽命提高到59微秒。在高光學厚度下研究了四波混頻效應對探針光場的增強，在原子氣室溫度92℃時探針光的幅度增強為2倍，存儲後恢復效率為70%。為了降低存儲過程引進的額外噪聲，我們在合適光學厚度（無明顯四波混頻）以及單光子大失諧條件下，研究了實驗參數對存儲效率的影響，獲得存儲效率25%。利用平衡零拍探測系統測量了恢復光場正交分量隨本地光相位的分布，通過最大似然估計重構了恢復光場的密度矩陣，並計算了保真度。當輸入脈衝平均光子數約為1時，恢復光場的保真度大於85%；恢復光場保真度隨存儲時間的增大而減小，這是由於原子自旋波退相干引起的。在完成預定研究目標的基礎上，我們在冷原子系綜中實現了長壽命高保真度的光量子存儲，完成了光量子糾纏態的產生與存儲，演示了存儲光量子偏振比特的多（7）通道空間路由。我們還通過腔增強自發參量下轉換過程產生了795nm窄帶偏振糾纏光子對。這些工作將為混合型量子中繼提供實驗基礎。圍繞上述工作，共發表學術論文19篇，其中SCI論文9篇。培養博士研究生2名，碩士研究生6名。