相干光碟機動的超冷原子系綜中光子流的動態量子調控

《相干光碟機動的超冷原子系綜中光子流的動態量子調控》是依託東北師範大學，由張岩擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：相干光碟機動的超冷原子系綜中光子流的動態量子調控
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：張岩
• 依託單位：東北師範大學

項目摘要

本項目旨在前期工作基礎之上，對相干光碟機動的超冷原子中光子的動態量子調控問題進行更深入的研究。利用電磁感應透明（EIT）現象，進一步拓展對在超冷原子系綜中實現全光控制的光子帶隙（PBG）和動態生成的靜態光脈衝（SLP）等光子調控技術的研究，從而實現更為靈活多樣的光量子調控。從傳統的單信道SLP拓展到雙信道SLP，然後分別對靜態與動態的光脈衝之間或兩對SLP之間的克爾非線性效應進行研究，從而實現受控相位門。突破原有PBG的頻率區域要與耦合雷射頻率相當的限制，以可見雷射耦合的里德堡原子系綜為介質，利用里德堡能級壽命較長的特點，努力實現能對紫外光子進行有效控制的PBG技術，並特別考慮偶極封鎖效應產生的影響。進一步將超冷原子系綜放於微腔的環境中，從半經典理論向全量子理論過渡，研究在單光子水平的SLP和PBG技術，從而提供基礎量子邏輯門和量子糾纏態的實現方案。

結題摘要

本項目主要研究了由相干光場驅動的超冷原子系綜中的動態量子調控問題。基於電磁感應透明（EIT）效應，利用一些光子與原子相互作用現象，如動態生成的靜態光脈衝（SLP）和全光可控的電磁誘導光子帶隙（PBG）等等，實現一些更為靈活多樣的光量子存儲和調控技術。利用雙Tripod冷原子系統，我們研究了雙信道SLP的動態生成過程，從而實現了利用一對相向傳播的強控制場動態控制雙通道光量子的可逆存儲，這可以將低噪聲的非線性相互作用時間最大化，為量子操控提供高效的實現環境。在此基礎上，對SLP的高效控制進行了研究，引用一個弱微波場耦合作為傳統SLP模型的雙Lambda型冷原子系綜的兩個低能級，從而實現對SLP的高效率調節。研究發現，調節這個弱微波場的相位和振幅能夠影響兩個低能級間的自旋相干，從而增強或者減弱由自旋相干產生的SLP的強度。在光量子的PBG調控方面，為了研發更多使用低頻強雷射調控高頻弱光子流的光學元器件，如光子二極體和反射器等，研究了五能級類Lambda型冷銣原子系統，使用紅外或者可見駐波相干雷射場耦合系統激發原子光柵，並用紫外弱光對系統進行探測。通過對低頻駐波雷射場的適當調節，成功的獲得了紫外光子的高階PBG。這個理論結果將有助於指導高階PBG的相關實驗，並可用於開發一些新型的光子器件如光路由器和反射器等，將有助於量子信息處理和長距離全光網路的相關研究。此外，我們研究了同時使用兩對相互垂直的駐波雷射場耦合的Tripod型冷銣原子系統，從而獲得了兩個相互垂直方向的反射率可達95%以上的高反射帶。這種二維PGB結構可用於實現二維全光開關和全光路由，有利於複雜的全光通訊網路的開發。我們將超冷原子系綜放於微腔的環境中，構造原子輔助的光力學腔，從半經典理論向全量子理論過渡，研究在單光子水平的基於EIT光量子調控技術，從而實現了對光子流傳播群速度的控制。