冷原子系綜內(nèi)單量子態(tài)相干操控.pdf

1、量子存儲(chǔ)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(jì)算、量子測(cè)量等眾多研究領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。近年來(lái)，量子存儲(chǔ)器的研究獲得越來(lái)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(guó)內(nèi)外的研究成果來(lái)看，基于冷原子系綜的量子存儲(chǔ)器發(fā)展較為迅速，在長(zhǎng)壽命高效率等綜合性能方面獲得長(zhǎng)足發(fā)展。在冷原子系綜存儲(chǔ)器中，對(duì)單量子態(tài)的相干操控在提升存儲(chǔ)器性能、實(shí)現(xiàn)量子操控等方面有著重要的作用，而對(duì)這方面的實(shí)驗(yàn)研究還需要進(jìn)一步的發(fā)展。本

2、論文的主要工作就是對(duì)基于冷原子系綜量子存儲(chǔ)器內(nèi)自旋波相干操控的相關(guān)實(shí)驗(yàn)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(chǔ)器中實(shí)現(xiàn)自旋回波技術(shù)來(lái)抑制自旋波退相干，將存儲(chǔ)器壽命提升至毫秒量級(jí)，并通過(guò)深入研究有限π脈沖精度引起的噪聲的分布，從實(shí)驗(yàn)上彌合先前兩種理論預(yù)言的矛盾。接下來(lái)，由于自旋回波技術(shù)對(duì)回波脈沖的精度有非常高的要求，我們對(duì)上述方案進(jìn)行了改進(jìn)，利用雙光子拉曼躍遷將存儲(chǔ)的自旋波態(tài)翻轉(zhuǎn)至另外一個(gè)自旋波態(tài)，且將自

3、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(chǔ)壽命提升一個(gè)量級(jí)，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(duì)π脈沖的精度要求不高，存儲(chǔ)器的量子品質(zhì)得到很好的保持(g2＞20)。另外，除了通過(guò)調(diào)控自旋波實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)壽命的增長(zhǎng)，我們成功的結(jié)合拉莫爾進(jìn)動(dòng)和拉曼躍遷技術(shù)首次在冷原子系綜的量子存儲(chǔ)器中實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)了幾種特殊的單比特門操作。最后，我們利用駐波光場(chǎng)產(chǎn)生具有

4、空間分布的拉曼拉比振蕩的方法，在實(shí)驗(yàn)上成功的驗(yàn)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(gè)波長(zhǎng)內(nèi)成功觀測(cè)到9條原子條紋，突破衍射極限9倍以上。同時(shí)，我們利用多脈沖結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)原子的局域化操作，最終觀測(cè)到的原子的寬度為駐波場(chǎng)半波長(zhǎng)的1/7。
　　本論文中這些對(duì)自旋波的一系列操控，豐富了對(duì)原子系綜的量子存儲(chǔ)器中量子態(tài)相干操控的技術(shù)方法，提升了存儲(chǔ)器的綜合性能，對(duì)未來(lái)量子中繼、遠(yuǎn)距離量子通信