原子系综中光学腔增强的Duan-Lukin-Cirac-Zoller写过程激发实验

原子系综中的Duan-Lukin-Cirac-Zoller(DLCZ)过程是产生光与原子(量子界面)量子关联和纠缠的重要手段.当一束写光与原子发生作用时,将会产生斯托克斯(Stokes)光子的自发拉曼散射,并同时产生一个自旋波(spin-wave)存储在原子系综中,上述过程即为DLCZ量子记忆产生过程.这一过程被广泛地研究.本文将87Rb原子系综放入驻波腔,并使Stokes光子与光学腔共振,我们观察到有腔且锁定的情况下Stokes光子产生概率比无腔时增大了8.7倍.在此条件下研究了Stokes光子产生概率和写光功率的关系,Stokes光子产生概率随写光功率线性增大.     

冷原子系综中光纤腔增强且高保真度的光学存储

利用原子系综中的Duan-Lukin-Cirac-Zoller (DLCZ)过程可产生光与原子记忆(自旋波)量子纠缠,该纠缠可作为量子中继的重要元件.随着量子信息研究的深入发展,人们对量子信息存储其灵活多样性、可控性等方面提出更高的要求.本文在冷原子系综中演示了一种基于DLCZ过程的光纤腔增强且高保真度的光学存储方案,即将87Rb原子系综放于设计的光纤腔中,通过光纤腔增强“写出”和“读出”光子与原子系综的耦合实现自旋波量子信息的有效恢复,同时具有较高的保真度.观察到有腔且锁定的情况下斯托克斯光子产生概率比无腔时增加4.6倍,原子自旋波读出效率增加1.6倍,实验实现22%的读出效率并具有92%的量子态保真度,该读出效率对应一个40%的本质读出效率.这种高度可恢复、高量子态保真度的原子-光子纠缠源,可为未来长距离量子通信及广域大规模量子网络构建的实现提供另一种有效的途径.     

Experimental study of the dependences of retrieval efficiencies on time delay between magneto-optical-trap being turned off and optical storage

We report an experimental study of electromagnetically induced transparency(EIT)-based light storage in a cloud of cold atoms loaded into a magneto-optical-trap(MOT). After the MOT is turned off, the retrieval efficiencies of rightand left-circularly polarized signal light fields each as a function of storage time are measured for different time delays between MOT off and the storage event, respectively. The results show that in the delay ranging from 0.015 ms to 3.5 ms,the retrieval efficiency for a zero-storage time(0.2 μs) and the storage lifetime can exceed 15% and 1.4 ms, respectively.The measured results will provide important help for optimizing the storage of the polarized entanglement photons in cold atomic ensembles.     

自发Raman散射过程中写激发率对光与原子纠缠源质量的影响

在87 Rb冷原子系综中,利用自发Raman散射过程,实现了光与原子的纠缠。测量了Bell参数S随着写激发率的变化关系,当写激发率增加时,Bell参数S逐渐下降。当写激发率约为1%时,测量了Bell参数S与自旋波存储时间的关系。实验测得Bell参数S会随着存储时间t的增大而减小,在t=80μs的时候S参数的测量值仍然大于2,证明产生的光与原子的纠缠可以保持80μs以上。本文的研究结果为产生高质量的光与原子量子纠缠提供了实验基础。     

自旋波波长对量子存储寿命的影响研究

利用电磁感应透明效应的动力学过程我们在87Rb冷原子系综中实验实现光学信号的存储和释放.通过改变信号光和耦合光的角度实现了自旋波波长的变化.在此基础上我们研究了存储寿命与自旋波波长的关系,结果表明,光存储寿命随自旋波波长(角度)的增加(减小)而增加,当自旋波波长大于2.2 mm(信号光和耦合光的角度小于0.02度)时,存储寿命可达到2.4 ms.     

冷原子系综中两正交光场偏振模高效率存储的实验研究

高效率光量子信息存储是可扩展光量子信息处理的一个重要工具.本文对一个冷原子系综中两正交光场偏振模的高效率存储进行了实验研究.通过在雪茄型冷原子系统上施加一个中等强度的磁场,消除了原子Zeeman子能级的简并性,从而使磁敏感自旋波从电磁感应透明系统中被移出,由此完成了两正交光场偏振模高效率、长寿命的量子存储.实验测量了两偏振模存储效率与存储时间以及实验重复频率的关系,结果表明,随着重复频率的增加,存储效率逐渐降低,在10 Hz时,测量得到两偏振模存储效率为30%,同时存储寿命达到3 ms.测量结果为偏振纠缠在冷原子系统中的存储提供了重要的实验基础.     

读出效率对光与原子纠缠产生的影响

在光与原子纠缠态产生中,自旋波读出效率是影响纠缠质量的一个重要因素.本文在实验和理论上研究了读出效率与纠缠质量(Bell参量)的关系.实验上利用~(87)Rb冷原子系综中的自发Raman散射过程产生了光与原子量子纠缠.通过改变读光功率或OD (光学厚度),实现了读出效率的变化.在此基础上,研究了光与原子纠缠质量(Bell参量)随读出效率变化的关系.该实验将为高保真度的光与原子纠缠产生提供帮助.