本文關鍵詞：基于電磁感應透明效應的量子記憶實驗研究

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【摘要】：光量子記憶是建立量子網(wǎng)絡的重要工具,在可擴展量子計算、量子模擬和遠距離量子通訊中發(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透明效應(Electromagnetically induced transparency (EIT))、自發(fā)Raman散射過程(SRE)、原子頻率梳(AFC)、遠失諧Raman相互作用等實現(xiàn)了量子存儲。其中,原子系綜中的電磁感應透明效應是實現(xiàn)量子存儲的一個有效方法。本文進行了EIT光量子存儲及自旋波相干操控的實驗研究。主要內容包括：(1)雙通道原子記憶(自旋波)信號間的量子干涉實驗研究。將一圓偏振弱信號光場存儲在冷原子Tripod系綜中,由“寫控制光”的兩個正交的園偏振分量將信號光場轉變?yōu)殡p通道自旋波相干性存儲在原子系綜中。通過改變兩“讀控制光”的相對位相,觀察到讀出的信號光隨兩讀出光相對位相發(fā)生了變化。當兩讀出光相對位相為零時,兩通道的原子記憶信號發(fā)生相長干涉,讀出信號最大；當兩讀出光相對位相為π時,兩通道的原子記憶信號發(fā)生相消干涉,讀出信號幾乎為零,原子記憶仍保留在原子介質中,當?shù)诙巫x出時,仍保留在原子介質中的原子記憶才被讀出。這一結果表明所觀察的干涉是來自于單個Tripod原子系統(tǒng)兩躍遷通道的量子干涉。在此基礎上觀察到了讀出信號強度隨兩“讀控制光”相對位相變化的關系,結果表明信號強度變化曲線呈正弦干涉圖樣。隨后測量了讀出信號隨存儲時間的變化關系。結果表明磁場中原子的拉莫爾進動導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重要組成部分。在離子、量子點等系統(tǒng)中,單個量子記憶比特操控已被實驗演示,在原子系綜中其還未被實驗演示。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,實現(xiàn)了其布居數(shù)的相干轉移(R(θ,φ)旋轉),實驗測量得到相干性轉移效率達到～97%。使用磁場脈沖操控兩原子自旋波的相對位相,實現(xiàn)了原子自旋波相對位相在0-2π間的可控進動(Rz(φz)旋轉)。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～96%。這種自旋波矢量的R(θ,φ)和Rz：(φz)旋轉可用以構建基于原子系綜記的單量子比特門操控。隨后,進行了多個Raman激光脈沖操控自旋波的研究,為下一步動力學退耦合提高存儲相干時間提供了基礎。(3)進行長壽命高保真度的光偏振比特存儲的實驗研究,將一個中等強度的磁場(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。實驗測得量子偏振態(tài)保真度在存儲時間為200μS時是98.6%；在4.5 ms時是78.4%。
【學位授予單位】：山西大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O431.2
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本文編號：1171313