本文關(guān)鍵詞：冷原子系綜內(nèi)單量子態(tài)相干操控　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：量子存儲是量子信息領(lǐng)域的重要組成部分,其在遠(yuǎn)距離量子通信、光學(xué)量子計算、量子測量等眾多研究領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。近年來,量子存儲器的研究獲得越來越多的關(guān)注,在不同的體系中取得了許多重要的研究成果。從目前國內(nèi)外的研究成果來看,基于冷原子系綜的量子存儲器發(fā)展較為迅速,在長壽命高效率等綜合性能方面獲得長足發(fā)展。在冷原子系綜存儲器中,對單量子態(tài)的相干操控在提升存儲器性能、實現(xiàn)量子操控等方面有著重要的作用,而對這方面的實驗研究還需要進(jìn)一步的發(fā)展。本論文的主要工作就是對基于冷原子系綜量子存儲器內(nèi)自旋波相干操控的相關(guān)實驗研究。我們首先利用拉曼雙光子躍遷技術(shù),首次在基于系綜的量子存儲器中實現(xiàn)自旋回波技術(shù)來抑制自旋波退相干,將存儲器壽命提升至毫秒量級,并通過深入研究有限π脈沖精度引起的噪聲的分布,從實驗上彌合先前兩種理論預(yù)言的矛盾。接下來,由于自旋回波技術(shù)對回波脈沖的精度有非常高的要求,我們對上述方案進(jìn)行了改進(jìn),利用雙光子拉曼躍遷將存儲的自旋波態(tài)翻轉(zhuǎn)至另外一個自旋波態(tài),且將自旋波的相位擦除,自旋波的退相干被凍結(jié),將不同角度的存儲壽命提升一個量級,達(dá)到原子擴(kuò)散引起的壽命極限,并且,由于該方案不涉及布居數(shù)的反轉(zhuǎn),因此對π脈沖的精度要求不高,存儲器的量子品質(zhì)得到很好的保持(g220)。另外,除了通過調(diào)控自旋波實現(xiàn)存儲壽命的增長,我們成功的結(jié)合拉莫爾進(jìn)動和拉曼躍遷技術(shù)首次在冷原子系綜的量子存儲器中實現(xiàn)對存儲的單自旋量子比特的高保真度的任意旋轉(zhuǎn)操作,并成功實現(xiàn)了幾種特殊的單比特門操作。最后,我們利用駐波光場產(chǎn)生具有空間分布的拉曼拉比振蕩的方法,在實驗上成功的驗證了一種高精度量子光刻方案的正確性,結(jié)合高分辨成像等一系列技術(shù),成功突破衍射極限,在半個波長內(nèi)成功觀測到9條原子條紋,突破衍射極限9倍以上。同時,我們利用多脈沖結(jié)合的方式實現(xiàn)原子的局域化操作,最終觀測到的原子的寬度為駐波場半波長的1/7。本論文中這些對自旋波的一系列操控,豐富了對原子系綜的量子存儲器中量子態(tài)相干操控的技術(shù)方法,提升了存儲器的綜合性能,對未來量子中繼、遠(yuǎn)距離量子通信以及線性光學(xué)量子計算等一系列量子信息領(lǐng)域的發(fā)展都有重要的作用。
[Abstract]:Quantum storage is an important part of quantum information field. It has important applications in many research fields such as long-distance quantum communication, optical quantum computing, quantum measurement and so on. More and more attention has been paid to the study of quantum memory, and many important research results have been obtained in different systems. The quantum memory based on cold atom ensemble is developing rapidly and has made great progress in long life and high efficiency. Coherent manipulation of single quantum states plays an important role in improving memory performance and realizing quantum manipulation. The main work of this thesis is to study the coherent manipulation of spin wave in the cold atomic ensemble quantum memory. Firstly, we use Raman two-photon. Transition technology. It is the first time to realize spin echo technology in ensemble based quantum memory to suppress spin wave decoherence, to increase memory lifetime to millisecond order, and to study the distribution of noise caused by finite 蟺 pulse precision. From the experiment, the contradiction between the two theoretical predictions is bridged. Then, due to the very high precision of the spin echo technology, we improve the above scheme. The stored spin wave state is flipped to another spin wave state by two-photon Raman transition, and the phase of the spin wave is erased, the decoherence of the spin wave is frozen, and the storage life of different angles is increased by one order of magnitude. The lifetime limit caused by atomic diffusion is reached, and the precision of 蟺 pulse is not high because the population inversion is not involved in this scheme. The quantum quality of the memory is maintained very well. In addition, the memory life is increased by regulating spin waves. It is the first time that we have successfully realized the arbitrary rotation of the high fidelity of the stored single spin quantum bits in the cold atom ensemble quantum memory by combining the Lamolian precession and Raman transition techniques. Several special single-bit gate operations are successfully implemented. Finally, we use the standing wave light field to generate raman oscillation with spatial distribution. The correctness of a high precision quantum lithography scheme is verified in the experiment. In combination with a series of techniques such as high resolution imaging, the diffraction limit is successfully broken, and 9 atomic fringes are observed successfully in half a wavelength. At the same time, we use multi-pulse combination to realize the localization of atoms. Finally, the width of the observed atom is 1 / 7 of the half-wavelength of standing wave field. In this paper, a series of manipulations of spin waves enrich the technical methods of quantum state coherent manipulation in the atomic ensemble quantum memory. It improves the comprehensive performance of memory and plays an important role in the future quantum relay, long-distance quantum communication, linear optical quantum computing and a series of quantum information development.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O413;TP333

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本文編號：1383120