基于冷原子系綜的量子存儲及操控.pdf

1、隨著量子信息學的蓬勃發(fā)展，量子網(wǎng)絡受到全世界各行業(yè)的青睞。其中，量子網(wǎng)絡中的量子節(jié)點需要對量子信息進行存儲和操控。冷原子系綜可以實現(xiàn)量子信號的長壽命高效率存儲，已經成為有潛力的量子節(jié)點。但是存儲系統(tǒng)與外界環(huán)境無法完全隔離，消相干的存在使得量子信息在存儲和操控過程中存在較大的損耗。為此需要設計方案提高量子存儲的存儲效率、存儲壽命和存儲保真度等性能指標。本文進行了基于冷原子系綜的量子存儲和操控的實驗研究。主要內容包括以下幾個方面:
　

2、　(1)利用動力學退耦合的量子操控技術延長量子比特在冷原子系綜中的存儲壽命:實驗通過Raman過程操控原子在兩基態(tài)間的相干轉移。利用多個Ramanπ脈沖組成的Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)序列壓制自旋波間的退相干，使原本在存儲時間t=180μs時已經低于80％的過程保真度，在存儲時間t=800μs時保真度仍然優(yōu)于80％。該方案的優(yōu)勢在于可以大大提高長距離量子網(wǎng)絡中隱形傳態(tài)的成功機率，而且在未來的量子信息過

3、程中會有更多更有效的應用前景。
　　(2)在冷原子系綜中，研究了存儲效率與等待間隔（磁光阱關斷和存儲事件發(fā)生的間隔）之間的關系，探索了存儲效率與實驗重復頻率（單位時間內進行存儲釋放研究的次數(shù)）之間的關系。結果表明，當磁光阱等待時間在0.015ms到3.5ms時，0.2μs處恢復效率可以超過15％。當?shù)却龝r間小于0.015ms時，磁場起伏將極大地影響存儲。當時間大于3.5ms時，原子團狀態(tài)將減小存儲效率。測量結果為之后改進冷原子系統(tǒng)

4、、在冷原子系統(tǒng)中產生和存儲偏振糾纏提供重要的實驗依據(jù)。
　　(3)任意偏振量子比特的長壽命存儲和量子路由:通過引入一個13.5G的軸向磁場，去除了能級結構中的磁敏感態(tài)自旋波，使任意偏振量子比特只能映射到兩個相互正交的磁不敏感態(tài)自旋波中。利用相位匹配條件和電磁感應透明動力學過程操控讀光傳播方向，實現(xiàn)了基于冷原子系綜的量子路由，可選擇地將任意偏振釋放光信號高保真度地傳輸?shù)狡邆€不同的量子通道中。另外通過改進量子通道的濾波系統(tǒng)，提高了釋放

5、光信號的信噪比。實驗最終實現(xiàn)了長存儲壽命高保真度任意偏振量子比特在量子節(jié)點中的路由;而且當存儲時間達到6ms時，信號光偏振態(tài)的保真度依然超過78.4％。這項工作可應用于搭建大型量子網(wǎng)絡，進行遠距離量子通信及分布式量子計算等。
　　(4)研究了任意偏振光在環(huán)形腔中的偏振保持:高保真度是量子存儲的重要指標之一，而環(huán)形腔中進行量子存儲很難保證信號的保真度。實驗中通過設計了一種特殊的腔型和利用兩個特定角度的二分之一玻片，補償了腔內反射鏡對