本文關(guān)鍵詞：基于電磁感應(yīng)透明效應(yīng)的量子記憶實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：光量子記憶是建立量子網(wǎng)絡(luò)的重要工具,在可擴(kuò)展量子計(jì)算、量子模擬和遠(yuǎn)距離量子通訊中發(fā)揮著重要的作用。目前,人們已利用許多物理過程如電磁感應(yīng)透明效應(yīng)(Electromagnetically induced transparency (EIT))、自發(fā)Raman散射過程(SRE)、原子頻率梳(AFC)、遠(yuǎn)失諧Raman相互作用等實(shí)現(xiàn)了量子存儲(chǔ)。其中,原子系綜中的電磁感應(yīng)透明效應(yīng)是實(shí)現(xiàn)量子存儲(chǔ)的一個(gè)有效方法。本文進(jìn)行了EIT光量子存儲(chǔ)及自旋波相干操控的實(shí)驗(yàn)研究。主要內(nèi)容包括：(1)雙通道原子記憶(自旋波)信號(hào)間的量子干涉實(shí)驗(yàn)研究。將一圓偏振弱信號(hào)光場存儲(chǔ)在冷原子Tripod系綜中,由“寫控制光”的兩個(gè)正交的園偏振分量將信號(hào)光場轉(zhuǎn)變?yōu)殡p通道自旋波相干性存儲(chǔ)在原子系綜中。通過改變兩“讀控制光”的相對位相,觀察到讀出的信號(hào)光隨兩讀出光相對位相發(fā)生了變化。當(dāng)兩讀出光相對位相為零時(shí),兩通道的原子記憶信號(hào)發(fā)生相長干涉,讀出信號(hào)最大；當(dāng)兩讀出光相對位相為π時(shí),兩通道的原子記憶信號(hào)發(fā)生相消干涉,讀出信號(hào)幾乎為零,原子記憶仍保留在原子介質(zhì)中,當(dāng)?shù)诙巫x出時(shí),仍保留在原子介質(zhì)中的原子記憶才被讀出。這一結(jié)果表明所觀察的干涉是來自于單個(gè)Tripod原子系統(tǒng)兩躍遷通道的量子干涉。在此基礎(chǔ)上觀察到了讀出信號(hào)強(qiáng)度隨兩“讀控制光”相對位相變化的關(guān)系,結(jié)果表明信號(hào)強(qiáng)度變化曲線呈正弦干涉圖樣。隨后測量了讀出信號(hào)隨存儲(chǔ)時(shí)間的變化關(guān)系。結(jié)果表明磁場中原子的拉莫爾進(jìn)動(dòng)導(dǎo)致了雙通道原子記憶之間的“相長”“相消”干涉,量子干涉是引起讀出信號(hào)振蕩變化的原因。通過改變兩讀出光的相對位相消除了讀出信號(hào)的振蕩變化。(2)原子系綜中自旋波單量子比特操控的研究。單量子比特操控是量子信息處理的一個(gè)重要組成部分。在離子、量子點(diǎn)等系統(tǒng)中,單個(gè)量子記憶比特操控已被實(shí)驗(yàn)演示,在原子系綜中其還未被實(shí)驗(yàn)演示。我們在基于EIT的量子記憶系統(tǒng)中,通過使用Raman雙光子躍遷過程操控兩自旋波,實(shí)現(xiàn)了其布居數(shù)的相干轉(zhuǎn)移(R(θ,φ)旋轉(zhuǎn)),實(shí)驗(yàn)測量得到相干性轉(zhuǎn)移效率達(dá)到～97%。使用磁場脈沖操控兩原子自旋波的相對位相,實(shí)現(xiàn)了原子自旋波相對位相在0-2π間的可控進(jìn)動(dòng)(Rz(φz)旋轉(zhuǎn))。通過觀察兩原子自旋波的位相干涉條紋,測得π/2 Raman脈沖操控保真度達(dá)～96%。這種自旋波矢量的R(θ,φ)和Rz：(φz)旋轉(zhuǎn)可用以構(gòu)建基于原子系綜記的單量子比特門操控。隨后,進(jìn)行了多個(gè)Raman激光脈沖操控自旋波的研究,為下一步動(dòng)力學(xué)退耦合提高存儲(chǔ)相干時(shí)間提供了基礎(chǔ)。(3)進(jìn)行長壽命高保真度的光偏振比特存儲(chǔ)的實(shí)驗(yàn)研究,將一個(gè)中等強(qiáng)度的磁場(13.5G)施加到冷原子上消除其Zeeman簡并性,使單光子量子比特信息僅存儲(chǔ)在兩正交的磁不敏感自旋波上,而磁敏感自旋波對量子記憶的影響被消除。實(shí)驗(yàn)測得量子偏振態(tài)保真度在存儲(chǔ)時(shí)間為200μS時(shí)是98.6%；在4.5 ms時(shí)是78.4%。
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O431.2
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本文編號(hào)：1171313