冷原子系綜內單量子態(tài)相干操控.pdf

1、量子存儲是量子信息領域的重要組成部分，其在遠距離量子通信、光學量子計算、量子測量等眾多研究領域都有重要的應用。近年來，量子存儲器的研究獲得越來越多的關注，在不同的體系中取得了許多重要的研究成果。從目前國內外的研究成果來看，基于冷原子系綜的量子存儲器發(fā)展較為迅速，在長壽命高效率等綜合性能方面獲得長足發(fā)展。在冷原子系綜存儲器中，對單量子態(tài)的相干操控在提升存儲器性能、實現量子操控等方面有著重要的作用，而對這方面的實驗研究還需要進一步的發(fā)展。本

2、論文的主要工作就是對基于冷原子系綜量子存儲器內自旋波相干操控的相關實驗研究。
　　我們首先利用拉曼雙光子躍遷技術，首次在基于系綜的量子存儲器中實現自旋回波技術來抑制自旋波退相干，將存儲器壽命提升至毫秒量級，并通過深入研究有限π脈沖精度引起的噪聲的分布，從實驗上彌合先前兩種理論預言的矛盾。接下來，由于自旋回波技術對回波脈沖的精度有非常高的要求，我們對上述方案進行了改進，利用雙光子拉曼躍遷將存儲的自旋波態(tài)翻轉至另外一個自旋波態(tài)，且將自

3、旋波的相位擦除，自旋波的退相干被凍結，將不同角度的存儲壽命提升一個量級，達到原子擴散引起的壽命極限，并且，由于該方案不涉及布居數的反轉，因此對π脈沖的精度要求不高，存儲器的量子品質得到很好的保持(g2＞20)。另外，除了通過調控自旋波實現存儲壽命的增長，我們成功的結合拉莫爾進動和拉曼躍遷技術首次在冷原子系綜的量子存儲器中實現對存儲的單自旋量子比特的高保真度的任意旋轉操作，并成功實現了幾種特殊的單比特門操作。最后，我們利用駐波光場產生具有

4、空間分布的拉曼拉比振蕩的方法，在實驗上成功的驗證了一種高精度量子光刻方案的正確性，結合高分辨成像等一系列技術，成功突破衍射極限，在半個波長內成功觀測到9條原子條紋，突破衍射極限9倍以上。同時，我們利用多脈沖結合的方式實現原子的局域化操作，最終觀測到的原子的寬度為駐波場半波長的1/7。
　　本論文中這些對自旋波的一系列操控，豐富了對原子系綜的量子存儲器中量子態(tài)相干操控的技術方法，提升了存儲器的綜合性能，對未來量子中繼、遠距離量子通信