中科大实现光子比特与原子比特间的量子态隐形传输

中国科技大学微尺度物质科学国家实验室潘建伟研究小组在国际上首次实验实现了光子比特与原子比特之间的量子态隐形传输。光子是量子通信中最好的信息载体,但却难以存储;而原子态可用来存储量子态。在不破坏其量子特性的情况下,将飞行（光）量子比特所载信息传送到静止（原子）量子比特上．并在需要时成功读取原子量子比特内存储的信息,将是未来量子信息处理中的重要组成部分。研究人员利用极化光子态作为量子信息的载体,利用由大约100万铷原子构成的冷原子系综作为量子存储器．制备了光子与原子系综态之间的纠缠。通过这个光子-原子纠缠源,进行了光量子比特到远程原子比特的量子态隐形传输。传输到原子比特的量子信息在存储了8S后,被成功地转换为光量子态以作进一步的量子信息处理。     

冷原子系综中窄线宽纠缠光子对的产生和调制

窄线宽纠缠光子对可以用来验证量子力学的一些基本概念,如非定域性.另外,窄线宽纠缠光子对应用于量子信息处理,可以极大增加量子通信的距离以及分布式量子计算的规模.论文系统介绍在冷原子系综中,利用四波混频和电磁诱导透明来产生窄线宽纠缠光子对以及对窄线宽纠缠光子对的波形进行调制的实验方法.     

热原子气室中正交分量存储的实验研究

在热原子气室中,利用电磁感应透明动力学过程实现了相干态正交分量的存储与释放。利用平衡零拍探测方法测量了三种不同输入光子数时,探针光输入脉冲和恢复信号的正交分量,得到了正交分量随本地振荡光位相变化的分布图。实验结果表明,在不同平均光子数输入时正交分量随本地振荡光位相均匀分布,平均幅值的振幅随着光子数增加而增加。此外,还测量了正交分量恢复信号随存储时间的变化,得到了存储寿命为32μs。     

基于铯原子气室中超精细态光抽运的频率选择吸收滤波器

为了高效探测利用三能级A型原子系综Raman集体激发过程产生的非经典关联Stokes和anti-Stokes光子对,必须抑制由写脉冲或读脉冲在原子系综中产生的荧光背景,文章研究了基于铯原子气室中超精细态光抽运的频率选择吸收滤波器.通过理论计算以及实验测量,铯原子气室滤波器在温度为47.15℃时峰值透射率可达74.3％,信号光与其频率相差9.2 GHz的荧光背景的透射率抑制比可达26.7 dB.同时为了有效避免实验过程中原子气室引起的反射泵浦光对测量结果的影响,尝试采用空心泵浦光束用于超精细态制备,进而对泵浦光采用实心光束和空心光束两种情况下的实验结果进行了对比与分析.     

二能级原子受激辐射的性质——关联函数与光子数几率分布函数

本文从单模辐射场对单个二能级原子相作用出发,研究了原子辐射为双光子或k(k>2)光子时的统计性质,求出了电场的关联函数和光子数几率分布函数,并进行了讨论.     

超快演化光场的含时二阶关联特性研究

基于蒙特卡洛(Monte Carlo)算法,模拟并分析了超快演化发光动力学过程中的光子探测事件;研究了含时光子二阶关联函数的数值计算方法,以及多种误差因素对光子二阶关联函数的影响.结果表明,同步时间抖动(初始时刻漂移)使得在初始时刻光强剧烈变化区域的含时二阶关联函数值显著偏大,同时导致了时间积分的二阶关联函数在任意时间延迟下的值偏大.背景光子计数的存在使得热态光的零延迟二阶关联函数值明显地趋近于1.该研究为复杂光场的光子二阶关联函数的理论研究提供了一种简化模拟方法,并为后续进行超高时间分辨的光子二阶关联实验测量提供了理论支持和数值分析方法.     

利用三维光晶格技术实现铯原子冷却的实验研究

激光冷却原子是超冷原子分子物理实验的基础,在精密测量、量子模拟等研究中具有重要的意义.为了获得温度更低,密度更高的超冷铯原子样品作为制备超冷基态铯分子的起点,本文实验展示了一种利用三维光晶格装载实现超冷铯原子温度进一步降低的方法,有效克服了磁光阱中超冷原子辐射光子自吸收引起的加热问题.在标准的磁光阱系统中获得超冷铯原子的基础上,利用压缩磁光阱技术提高超冷铯原子的密度.通过四束激光构建三维光晶格,实现超冷铯原子的高效装载,采用飞行时间法测量了原子的温度,观察到温度由~6 0.0μK降低至~1 1.6μK的冷却结果.同时研究了光晶格激光的频率与原子装载数目的关系,发现在负失谐1 5.5GHz时光晶格装载效率最高.同时,本文研究了利用光晶格减小超冷原子辐射光子自吸收引起的加热问题,对于进一步降低铯原子温度的研究具有深远的意义.     

中科大教授获得量子通信实验领域重大突破实现基于冷原子量子存储的量子中继器

日前，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室潘建伟教授及其同事苑震生、陈宇翱等完成了题为“量子中继器实验实现”的重要研究成果。在这项研究中，潘建伟教授等利用冷原子量子存储技术在国际上首次实现了具有存储和读出功能的纠缠交换，建立了由300米光纤连接的两个冷原子系综之间的量子纠缠。     

混合态二能级原子双光子过程的光子统计特性

采用时间演化算符方法和数值计算,研究了相干光场与混合态二能级原子双光子过程的光子统计分布特性。结果表明：量子崩塌与复苏性质和原子初始的混合程度无关,当０．９７≤│Ｓ│≤１时,辐射光子会周期性地呈现短时的亚泊松统计分布,随着原子初始混合程度的增大,Ｑ因子的时间平均值不断增大,辐射光子的统计性质越来越远高亚泊松统计分布。     

基于光子晶体微腔和光纤环形衰荡的微力传感器

提出一种基于光子晶体微腔的高灵敏度的微力测量方法.首先,提出一种M型结构的梁作为传感探头,使系统在受到微力作用时,仅有光子晶体微腔的空气孔折射率发生变化而引起谐振波长的漂移,极大地提高了传感器的线性度和测量范围.然后,对微纳环结构的光子晶体微腔结构进行优化设计,获得了品质因子高达7100的微腔.最后,选择合适的实验器件及其特性参数,搭建基于光纤环形衰荡的波长解调系统,实验结果表明该系统的波长解调灵敏度为90μs/nm,所设计的微力测量系统的灵敏度可达194.616μs/μN.     

Kerr介质中非线性Jaynes-Cummings模型多光子跃迁的纠缠特性

在线性和非线性Kerr介质Jaynes Cummings(J C)模型中, 考虑多光子跃迁时原子和光场纠缠随时间的演化特性, 给出原子和光场的纠缠度与跃迁光子数、 失谐量、 初始光子数、 初始态参数及非线性项系数之间的解析关系, 并分析其对原子和光场的纠缠度随时间演化的影响. 结果表明, 在非线性Kerr介质中, 当光场与原子初始态接近最大纠缠态, 且跃迁光子数较大时, 纠缠态可稳定接近最大纠缠态, 有利于量子纠缠态的远距离传输.     

双模纠缠相干光场与Ξ型三能级原子相互作用系统的光子统计性质

采用求解Schrdinger方程和数值计算方法,研究了双模纠缠相干光场与Ξ型三能级原子相互作用系统的光子统计性质,分析了双模纠缠相干光场的纠缠程度、原子基态概率幅、失谐量、场模与原子的耦合常数以及平均光子数对光子统计性质的影响.结果表明,双模纠缠相干光场的纠缠程度对光子统计性质的影响不大; 原子初态时基态概率幅变大使时间演化曲线的中心显著上移; 失谐量变大使时间演化曲线的振荡频率变慢; 平均光子数、场模与原子耦合常数的变化对光子统计性质的影响也很明显; 光场两模之间总为非经典相关.     

双模纠缠相干光场与Ξ型三能级原子相互作用系统的光子统计性质

采用求解Schr〖AKo¨D〗dinger方程和数值计算方法, 研究了双模纠缠相干光场与Ξ型三能级原子相互作用系统的光子统计性质, 分析了双模纠缠 相干光场的纠缠程度、 原子基态概率幅、 失谐量、 场模与原子的耦合常数以及平均光子 数对光子统计性质的影响. 结果表明, 双模纠缠相干光场的纠缠程度对光子统计性质的影 响不大; 原子初态时基态概率幅变大使时间演化曲线的中心显著上移; 失谐量变大使时间演化曲线的振荡频率变慢; 平均光子数、 场模与原子耦合常数的变化对光子统计性质的影响也很明显; 光场两模之间总为非经典相关.     

两等同双能级原子与三模腔场任意多光子共振相互作用辐射谱的一般特征

本文研究了两个偶极——偶极力关联的等同双能级原子与三模腔场间任意多光子共振相互作用的辐射谱。对三模腔场分别处于不同数态：即三模均为真空场、三模均为强场、一模为真空场两模为强场以及两模为真空场一模为强场时辐射谱的结构特征及物理特性进行了详细分析．从而揭示出“三模腔场——两原子系统”的多光子辐射谱的一般特征．     

在光学微腔内实现光子的玻色-爱因斯坦凝聚

玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）已经在多个物理体系中观测到，包括冷原子气和固态准粒子。然而，最为普遍存在的玻色气体——黑体辐射却没有表现出能够发生这种相变。在这种体系中，光子具有可消失的化学势，这意味着当光子气的温度发生改变时，光子的数目并不能保持不变。当温度很低时，光子会消失而不是占据在基态。     

APD光子计数图像的蒙特卡洛仿真与实现

该文应用统计光学理论研究微光成像;结合雪崩光电二极管(APD)光子探测器件的工作特点,采用蒙特卡洛方法模拟光子计数图像的成像过程。结果表明,通过基于器件特性和光子运动统计规律的仿真实验可以获得光子计数图像。以仿真流程为依据搭建了固态APD光子计数成像实验系统。在10-5lx环境照度下,通过对目标扫描得到一系列光子计数值。将光子计数数据进行存储和运算,恢复了光子计数图像。实验证明,基于APD的成像系统可以实现微光环境下目标的二维探测成像。     

空间运动对原子系综量子比特的影响

通过推广原子系综集体激发态量子漏损(Quantum Leakage)的概念, 应用原子相干态的方法, 系统地研究了原子质心的空间运动对二能级原子系综集体对称态动力学演化的影响. 在宏观极限下, 分析了原子系综集体态在有限温度时的量子退相干效应. 研究表明, 随着系综中的原子数N → ¥ , 系统的保真度将变得很坏. 因此, 在利用原子系综存贮量子信息的研究中, 量子漏损将是一个不可忽略和回避的问题. 这些研究为原子系综能否作为量子比特应用于量子信息提供了理论上的可行性分析.     

激发相干态及其叠加态与三能级原子作用的光子反聚束效应研究

研究了激发相干态及其叠加态与V－型量子拍频三能级原子相互作用时的动力学行为,并对光场的二阶关联函数进行数值模拟分析,讨论了m,Φ,λ等参数对光子反聚束效应的影响,当λ＝0时,三能级原子就退化为二能级原子,当m=0时,激发相干态场就退化为相干态场,故它们均可作为特例纳入到此模型中来。     

以色列科学家首次实现用气体存储图像

以色列的科学家最近成功地在原子蒸气上实现了图像存储，尽管存储的时间只有短短的30μs，但这是人类首次成功地利用气体充当存储媒介。     

Kerr效应和虚光场对"两个二能级原子-单模光场"系统光子统计演化特性的影响

研究Kerr介质中,非旋波近似下两个二能级原子与单模光场相互作用的平均光子数的时间演化规律,讨论了Kerr效应和虚光场效应对系统光子统计演化特性的影响.结果表明虚光场的影响使系统出现量子噪声,光场频率ω、Kerr介质常量μ和原子间耦合系数g的增大都将使量子噪声减小;原子间耦合系数g和Kerr介质常量μ的增大使光子统计演化的拉比振荡的振幅变小.