用於量子通訊的多通道可程式分光器的研究

《用於量子通訊的多通道可程式分光器的研究》是依託復旦大學，由肖艷紅擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：用於量子通訊的多通道可程式分光器的研究
• 依託單位：復旦大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：肖艷紅

項目摘要

量子通訊技術具有高效和絕對安全等特點，是下一代信息科學的關鍵技術，也是當今量子物理和信息科學領域的研究熱點。遠距離量子通訊需要量子中繼器來克服信道吸收導致的通信失敗。雖然量子中繼器最近已經實現，但其效率還需要大大提高。量子中繼器主要包括量子存儲器和分光器，很多小組正在進行如何最佳化量子存儲的研究，本項目則擬研究一種新型的可程式、多通道分光器，有望大幅度提高量子中繼的效率。該分光器基於常溫下鍍膜的原子蒸氣池，利用原子的快速運動散布載有光信息的原子相干態，實現分光的功能。申請人前期的工作已經初步驗證了此分光原理的可行性，但效率還很低，沒有實現多通道運轉。擬在本項目中研究分光效率低的物理原因，採用新穎的方案提高效率，並研究多通道分光的原理和實驗實現。本分光器不僅可以提高長程量子通訊的效率，而且可以作為其他量子器件如多光子糾纏，長時間量子存儲等的平台，其常溫運轉的特性將推進量子信息的實用化。

結題摘要

對光進行相干性操控是光通訊領域的重要課題，而原子是進行該研究的獨特體系。我們使用鍍有抗馳豫膜的原子蒸氣池，將光的信息寫入原子的自旋態上，通過對原子自旋態的控制來對光進行空間分束。這種原子分光器可以實現多路和可控運行，在傳統和量子光通訊中有重要的套用。然而以往的原子分光器效率低於1%，大大限制了其作用的發揮。本項目中，我們通過對系統的參量最佳化和採用新的物理機制，實現了30%的效率，是以往結果的50倍。我們還發現，可以用與原子作用的光的相位以及原子所處的磁場環境來調節分光器的各路分光比。同時在基礎物理現象方面，我們揭示了鍍膜銣原子蒸氣池中電磁誘導透明（EIT）譜線的線寬對外界磁場梯度進行平均的能力與光斑大小、光強的反直觀的關係，提出並實現了一種新的實現相位敏感相互作用的簡單方法，即通過靜態磁場來產生封閉的光與原子相互作用的迴路；觀察到光存儲信號的雙指數衰減現象，有望實現秒級別的長時間存儲。