基于电磁感应透明效应的量子记忆实验研究

发布时间：2017-11-11 12:08

  本文关键词：基于电磁感应透明效应的量子记忆实验研究

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【摘要】：光量子记忆是建立量子网络的重要工具,在可扩展量子计算、量子模拟和远距离量子通讯中发挥着重要的作用。目前,人们已利用许多物理过程如电磁感应透明效应(Electromagnetically induced transparency (EIT))、自发Raman散射过程(SRE)、原子频率梳(AFC)、远失谐Raman相互作用等实现了量子存储。其中,原子系综中的电磁感应透明效应是实现量子存储的一个有效方法。本文进行了EIT光量子存储及自旋波相干操控的实验研究。主要内容包括：(1)双通道原子记忆(自旋波)信号间的量子干涉实验研究。将一圆偏振弱信号光场存储在冷原子Tripod系综中,由“写控制光”的两个正交的园偏振分量将信号光场转变为双通道自旋波相干性存储在原子系综中。通过改变两“读控制光”的相对位相,观察到读出的信号光随两读出光相对位相发生了变化。当两读出光相对位相为零时,两通道的原子记忆信号发生相长干涉,读出信号最大；当两读出光相对位相为π时,两通道的原子记忆信号发生相消干涉,读出信号几乎为零,原子记忆仍保留在原子介质中,当第二次读出时,仍保留在原子介质中的原子记忆才被读出。这一结果表明所观察的干涉是来自于单个Tripod原子系统两跃迁通道的量子干涉。在此基础上观察到了读出信号强度随两“读控制光”相对位相变化的关系,结果表明信号强度变化曲线呈正弦干涉图样。随后测量了读出信号随存储时间的变化关系。结果表明磁场中原子的拉莫尔进动导致了双通道原子记忆之间的“相长”“相消”干涉,量子干涉是引起读出信号振荡变化的原因。通过改变两读出光的相对位相消除了读出信号的振荡变化。(2)原子系综中自旋波单量子比特操控的研究。单量子比特操控是量子信息处理的一个重要组成部分。在离子、量子点等系统中,单个量子记忆比特操控已被实验演示,在原子系综中其还未被实验演示。我们在基于EIT的量子记忆系统中,通过使用Raman双光子跃迁过程操控两自旋波,实现了其布居数的相干转移(R(θ,φ)旋转),实验测量得到相干性转移效率达到～97%。使用磁场脉冲操控两原子自旋波的相对位相,实现了原子自旋波相对位相在0-2π间的可控进动(Rz(φz)旋转)。通过观察两原子自旋波的位相干涉条纹,测得π/2 Raman脉冲操控保真度达～96%。这种自旋波矢量的R(θ,φ)和Rz：(φz)旋转可用以构建基于原子系综记的单量子比特门操控。随后,进行了多个Raman激光脉冲操控自旋波的研究,为下一步动力学退耦合提高存储相干时间提供了基础。(3)进行长寿命高保真度的光偏振比特存储的实验研究,将一个中等强度的磁场(13.5G)施加到冷原子上消除其Zeeman简并性,使单光子量子比特信息仅存储在两正交的磁不敏感自旋波上,而磁敏感自旋波对量子记忆的影响被消除。实验测得量子偏振态保真度在存储时间为200μS时是98.6%；在4.5 ms时是78.4%。
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O431.2
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本文编号：1171313