温州大学 物理与电子信息工程学院, 浙江 温州 325035
具备有效存储和读取光的相干态的能力是实现连续变量量子信息存储的关键。本文研究了利用混合光子回声技术对光场的相干态进行存储和读取。光量子态被记录在原子系综的基态的两个相干能级中从而实现长时间的量子态存储。考虑到由于原子退相干的噪声效应, 我们发现在目前可实现的技术条件下存储保真度仍然高于保真度阈值2/3。我们的研究为实现高效准确的基于量子回声技术的光量子态存储提供了一些切实可行的实践指导。
量子存储 光子回声技术 光的相干态 Quantum memory Photon echo Optical coherent state
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量子纠缠是实现量子通信和量子计算的重要资源,其中多体纠缠更是构建量子网络实现全局量子计算的基础。本文主要研究如何利用经典的光子回声技术实现光量子态的三体纠缠。在自由空间中向掺杂稀土离子的固态离子系综中射入经典光场,当离子体系达到相位重构条件时即可获得三束存在纠缠的量子光场。基于本方案纠缠产生的技术特点,发现其在提高量子中继器的工作效率上有着潜在的应用价值。
量子纠缠 光子回声 量子中继器 quantum entanglement photon echo technology quantum repeater
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本文从量子梯度回声存储器(GEM)存储光脉冲时的麦克斯韦-布洛赫方程组出发,推导了GEM在k空间的极化声子描述及其满足的微分方程。我们解出了k空间行波通解,得到极化声子演化规律的数学表达式,加深了对已有的实验和数值模拟结果的理解。然后,我们考虑了实际原子系综量子态的退相干效应,解出了带有退相干参数的通解,发现了退相干效应对存储失真影响的定量关系。基于此,我们提出了GEM存储的一个优化方案。这个优化方案不但使存储的保真度有所提高,还缩短了翻转梯度外场与回声脉冲读取的时间间隔,为量子存储器走向实际应用提供了理论帮助。
极化声子 行波解 优化存储 GEM GEM polaritonic Wave solution optimize the Storage procedure
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基于可控逆非均匀展宽(CRIB)存储技术,利用DLCZ方案中原子系综产生纠缠的思想,我们提出了一个利用单光子实现固态存储器之间纠缠的方案,并将它应用于量子中继器。与传统的方案相比,该方案不需要纠缠光子源,只需要独立的两个单光子源,这样不仅可简化实验过程,还可以节约量子资源,此外在单光子量级上保密性也可得到保障。
CRIB协议 DLCZ方案 单光子 存储器纠缠 量子中继器 CRIB protocol DLCZ scheme single photon entangled memories quantum repeater
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本文研究利用沉默再生效回声(ROSE)技术实现光量子态存储的效率。利用自然非均匀展宽的二能级原子系综,不需应用任何外部的电场或磁场进行调控。在均匀光谱分布下,我们对吸收过程和读取过程进行分析,得出量子的存储效率。发现对于光子向前读取过程,存储效率的最大值能达到54％;而当光深度达到无穷大时,向后的读取效率可达到100％。我们给出了详细的理论推导过程。
光量子态存储 ROSE技术 均匀光谱分布 存储效率 Quantum memory Revival of silenced echo uniform distribution of spectral memory efficiency
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本文提出了一个利用光子回声技术探究非均匀展宽频谱线形(如高斯、洛伦兹分布)对存储效率影响的简捷方法。我们发现当信号光脉冲的持续时间与介质频谱线宽的乘积远大于1时,可将分布函数的傅里叶变换近似成狄拉克函数,使得研究非均匀展宽频谱对存储效率的影响变得非常容易;通过计算发现不同线形分布达到最佳存储效率的光学深度有所不同,频谱线形趋于均匀时达到最优存储效率的存储介质光学深度最小。该研究对实验上实现最优化光量子态存储具有指导意义。
光量子态存储 光子回声技术 频谱分布 量子存储效率 quantum memory photon echo spectral distribution quantum memory efficiency
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本文提出了一个在光腔中利用可控逆非均匀展宽技术实现高效的量子存储方案.当光场在光腔中每次往返的吸收与透射到光腔中光场强度完全一样时(阻抗匹配条件),发现进入光腔中的光场可以完全被非均匀展宽原子系综吸收.通过计算得到无论是向前读取还是向后读取的方案, 量子存储效率在光深度很小时都可以达到1.若没有光腔100%的存储效率仅仅只有在光深度无穷大时才能得到. 在光深度很小时就能达到高效的量子存储在实验上非常容易实现. 因此该方案为实验上实现高效的量子存储提供一个确实可行的方法.
光量子态存储 CRIB技术 阻抗匹配 Quantum memory Controlled reversible inhomogeneous broadening Impedance matching
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在二能级原子系统里应用光子回声CRIB技术存储光量子态的过程中,最初原子谱分布这个因素不仅影响存储效率而且还影响存储时间,我们研究了两种特殊初始原子谱分布:拉普拉斯分布和高斯分布,并且分析了存储效率和存储时间的关系。
CRIB技术 光量子态存储 初始原子谱分布 CRIB technology quantum memory initial atomic distribution
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在腔-超导量子干涉仪(SQUID)体系中提出了两个实现1→2最优相位协变量子克隆的方案。在这两个方案中，三能级SQUID通过拉曼转换与量子化腔场和微波脉冲相作用。在大失谐的条件下，激发态被绝热消去。腔场始终处于真空态，在腔和SQUID之间没有信息转移，腔的衰退得到很好的抑制。用这种方法，相位协变量子克隆可以通过四步来实现。
超导量子干涉仪 相位协变量子克隆 拉曼转换 superconducting quantum-interference device phase-covariant quantum cloning Raman transition
