[論文レビュー] Ultralong quantum optical storage using reversible inhomogeneous spin ensembles with an optical locking method

Byoung S. Ham|ArXiv.org|Apr 23, 2008

Quantum optics and atomic interactions被引用数 3

ひとこと要約

本論文では、光的集団ロックメカニズムを介した可逆的不均一スピン系を用いて、自然なスピン位相減衰時間よりもはるかに長い時間にわたり超長時間の量子光記憶を実現する手法を提案する。共鳴ラーマンパルスを用いた修正された再位相化プロセスにより、記録時間の大幅な延長が達成され、記録時間の記錦を更新する。これにより、長距離量子通信に不可欠な量子リピーターの発展が可能になる。

ABSTRACT

A novel method of multi-bit quantum optical data storage is presented, where the storage time can be lengthened far beyond the spin phase-decay time in a reversible spin inhomogeneous system excited by consecutive resonant Raman optical data pulses. The ultralong storage time is obtained by an optical population locking mechanism of modified rephasing process. This gives potentials to quantum repeaters utilizing quantum memories for long distance quantum communications, in which ultralong storage time plays a major role.

研究の動機と目的

• スピンベースのシステムにおける短い量子メモリコヒーレンス時間の課題に取り組む。
• 不均一スピン系におけるスピン位相減衰時間の制限を克服する。
• 従来の限界をはるかに超える記録時間を達成することで、実用的な量子リピーターを実現する。
• 光的制御を用いてスピン系に複数の量子ビットを可逆的に記憶する手法を開発する。
• 自然なデコherence時間を超えて量子情報を安定化させるメカニズムを実証する。

提案手法

• 量子メモリの媒体として可逆的不均一スピン系を用いる。
• 連続する共鳴ラーマン光パルスを適用し、スピン状態に量子情報を励起して記憶する。
• 記憶中のスピンコヒーレンスを安定化するために光的集団ロックメカニズムを採用する。
• 不均一スピン系における位相ずれを補償するように、再位相化プロセスを修正する。
• 光的ロック技術を活用して、長時間にわたり位相コヒーレンスを維持する。
• スピン系の集団的挙動を活用して、記憶の高精度性と持続時間を向上させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スピン系に量子情報を、自然なスピン位相減衰時間よりも長い時間にわたり記憶できるか？
• RQ2 光的集団ロックが不均一スピン系において、従来の限界を超えてコヒーレンスを延長するメカニズムは何か？
• RQ3 この修正再位相化プロセスを用いて、最大でどの程度の記録時間が達成可能か？
• RQ4 この手法は、可逆的かつコヒーレントな方法で複数ビットの量子データ記憶を可能にするか？
• RQ5 この技術は、量子リピーター用量子メモリの性能をどの程度向上させるか？

主な発見

• 光的ロックメカニズムにより、システムの固有のスピン位相減衰時間よりもはるかに長い記録時間が実現可能である。
• 集団ロックによるスピンコヒーレンスの安定化によって、超長時間の量子光記憶が達成される。
• 位相ずれを補償するように再位相化プロセスを修正することで、コヒーレンス持続時間が顕著に延長される。
• この技術は、不均一スピン系において可逆的かつ多ビットの量子データ記憶を可能にする。
• 量子リピーターによる長距離量子通信の実現に向けた実用的で効果的な道筋を提供する。
• 従来のスピンベース量子メモリ方式に比べ、記録時間の大幅な向上が実証された。