[論文レビュー] Atom phase controlled noise-free photon echoes

Byoung S. Ham|arXiv (Cornell University)|Jan 28, 2011

Quantum optics and atomic interactions参考文献 21被引用数 11

ひとこと要約

本稿では、再位相化中に人口逆転を回避するための原子位相制御による脱被覆を用いたノイズフリー光エコープロトコルを提案する。これにより、ほぼ完璧な抽出効率と延長された保存時間を持つ量子メモリの応用が可能になる。正確な原子位相状態の制御により、量子ノイズを抑制しながらも、高精度な光学情報抽出を維持する。

ABSTRACT

Rephasing in photon echoes is a fundamental mechanism of retrieving optical information stored in a collective ensemble of atoms or ions. With an extremely weak quantum optical data, population inversion by the rephasing process is inevitable resulting in serious quantum noise. Here, an inversion-free rephasing method in photon echoes is presented by using deshelving-based atom phase control. The present method makes photon echoes directly applicable to quantum memories with benefits of extended photon storage time and nearly perfect retrieval efficiency. In this revised version only the rephasing pulse propagation direction is corrected to make a silent echo of E1 in Fig. 1.

研究の動機と目的

• 再位相化中に人口逆転が生じるため、従来の光エコー系における量子ノイズの根本的課題に取り組む。
• ノイズが性能を低下させるため、従来の光エコーが量子メモリ応用において抱える制限を克服する。
• 人口逆転を避けるが同時に高い抽出効率を維持する再位相化メカニズムを開発する。
• 長時間の保存時間とほぼ理想に近い忠実度を実現する、実用的でスケーラブルな量子メモリシステムを実現する。
• 静かでノイズフリーのエコー放射を達成するための原子位相状態の制御の新規手法を提示する。

提案手法

• 人口逆転を誘発しないように、原子アンサンブルの量子状態を脱被覆に基づく原子位相制御で操作する。
• 2準位原子系を用い、光学ポンピングと選択的励起により原子コherenの位相を制御する。
• 再位相化パルスの伝播方向を制御して、自発的放出とノイズを抑制し、静かでノイズのないエコーを実現する。
• 集団的原子コherenに依存して、高精度に光学情報を記録・抽出する。
• 人口逆転を引き起こさずに位相制御と再位相化を達成するための、調整されたレーザーパルスシーケンスを適用する。
• 図1に示すように、最終版では再位相化パルスの伝播方向を補正して不要なエコー成分を排除する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 再位相化中に人口逆転を生じさせないことで、量子ノイズを完全に排除できるか？
• RQ2 原子位相制御をどのように用いることで、再位相化プロセスにおける自発的放出とノイズを低減できるか？
• RQ3 脱被覆に基づく位相制御が、エコー抽出効率と保存時間に与える影響は何か？
• RQ4 高い忠実度の光学情報抽出を維持しつつ、ノイズフリーの光エコーを達成できるか？
• RQ5 再位相化パルスの伝播方向を制御することで、エコー品質とノイズ抑制にどのような影響を与えるか？

主な発見

• 提案手法は再位相化中に人口逆転を完全に排除し、従来の光エコーに内在する量子ノイズを抑制することに成功した。
• 再位相化パルスの伝播方向の補正により静かでノイズのないエコーが達成された。これは改訂版の図1で確認された。
• 人口逆転に起因するノイズが存在しないため、ほぼ完璧な抽出効率が実現可能である。
• ノイズフリーなメカニズムによりコherenスが長時間にわたり保持されるため、延長された光保存時間が可能である。
• 脱被覆に基づく位相制御により、性能が向上した量子メモリへの直接応用が可能である。
• 本手法は、集団的原子アンサンブルを用いたスケーラブルで高忠実度の量子メモリ実現への実用的道筋を示している。