冷原子EIT介质中的有效光量子存储

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进入21世纪以来,信息对人们生活的影响越来越大,人们对信息的要求也越来越高。更快捷、更安全,更可靠是人类对信息科学发展永恒的要求。量子计算机具有超快计算能力、量子密钥具有绝对可靠的安全性,它们的这些特点将对国家的安全产生重要的影响,在军事和民用方面具有很大的应用前景,吸引越来越多科学家在量子信息科学领域作深入研究。  光信号的量子存储是实现量子中继器、进行远距离量子通讯的工具[1-7]。高效率的量子存储对大规模线性光学量子计算和长距离量子通信具有重要的意义[3,7]。利用EIT动力学过程,通过绝热的控制耦合光的开关,就可以实现量子信息在光场和原子之间的可逆传递,完成量子信息的存储和释放。如何实现高效率的量子存储已成为量子信息科学领域的研究热点[8]。  本文主要介绍了激光冷却俘获中性原子的原理以及我们实验室俘获87Rb冷原子介质磁光阱系统的实验装置。通过EIT动力学过程在俘获的87Rb冷原子介质中实现了光信号的存储与释放。研究了冷原子 EIT介质中光存储效率与再泵浦光强之间的关系,通过对比不同再泵浦光强下冷原子介质的光学厚度及信号光的 EIT窗口,说明了光存储效率随再泵浦光强增加而下降的原因。本文主要介绍了以下内容:  1、简单介绍了冷原子物理学的发展背景,具体介绍了激光冷却俘获中性原子的原理及我们实验室俘获87Rb冷原子介质磁光阱系统的实验装置。通过扩大冷却光光斑,提高其功率,我们俘获的冷原子团直径约为5mm,数目约为109个,温度约为200uK。该冷原子团为我们进行光信号存储释放实验提供了很好的原子介质。  2、我们在制备好的87Rb冷原子介质中完成了光信号的存储与释放。研究了信号光存储效率随冷却系统中再泵浦光功率的变化关系。结果表明:当再泵浦光低于一定强度时,信号光存储效率随再泵浦光强度增大而增大,存储效率最高达18%;当再泵浦光超过这一强度时,存储效率开始降低。我们对比测量了两个典型再泵浦光功率下冷原子介质的光学厚度以及信号光的 EIT吸收窗口。当再泵浦光功率提高时,磁光阱俘获的冷原子数目明显增多,冷原子介质的光学厚度增大,但是 EIT窗口共振处透射峰却降低。故在光学厚度增大时,需相应地提高写光的功率,才能使信号光的存储效率不下降。  3、采用矩形反向亥姆赫兹线圈作磁光阱的俘获磁场,制备得到了雪茄型87Rb冷原子介质,其光学厚度达到了40。为进一步提高光信号存储效率奠定基础。
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