[논문 리뷰] Photon Echoes Produced via Controlled Inhomogeneous Broadening

A. L. Alexander, Jevon J. Longdell외 2명|arXiv (Cornell University)|2005. 06. 28.

Quantum optics and atomic interactions인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 이방성 브로드닝을 제어하기 위해 외부 전기장 기울기를 사용하여 Eu³⁺:Y₂SiO₅에서 광자 에코를 구현한다. 전기장 극성의 전환을 통해 디코herence를 재위상 조정함으로써, 최근의 광자 에코 기반 양자 메모리 제안의 핵심 구성 요소를 처음으로 실험적으로 실현한다. 이는 설계된 이방성 브로드닝을 통해 고체계에서의 광학적 전이에 대한 공명 제어를 가능하게 한다.

ABSTRACT

We demonstrate photon echoes in Eu$^{3+}$:Y$_{2}$SiO$_{5}$ by controlling the inhomogeneous broadening of the Eu$^{3+}$ $^{7}$F$_{0}$-$^{5}$D$_{0}$ optical transition. The transition used has a linear Stark shift and we induce inhomogeneous broadening by applying an external electric field gradient and rephased the decoherence created by this broadening by flipping the polarity of the field. This is the first demonstration of a key component of a recent photon echo based quantum memory proposal.

연구 동기 및 목표

• 제어된 이방성 브로드닝을 사용하여 Eu³⁺:Y₂SiO₅에서 광자 에코를 구현하는 것.
• 외부 전기장 기울기를 사용하여 희토류 이온 도핑체의 이방성 브로드닝을 설계하고 조작하는 방법을 탐구하는 것.
• 전기장에 의해 유도된 브로드닝으로 인한 디코herence를 전환된 전기장 극성으로 재위상 조정하는 것.
• 최근의 광자 에코 기반 양자 메모리 제안의 핵심 구성 요소를 검증하는 것.
• 전기장 조절을 통한 고체계에서의 광학 전이에 대한 공명 제어 방법을 수립하는 것.

제안 방법

• 외부 전기장 기울기를 적용하여 Eu³⁺:Y₂SiO₅의 ⁷F₀–⁵D₀ 광학 전이에서 선형 스타크 시프트를 유도한다.
• 전기장이 개별 이온의 전이 주파수를 다르게 이동시켜 제어된 이방성 브로드닝을 생성한다.
• 펌프-프로브 펄스 시퀀스를 사용하여 시스템을 자극하고 광자 에코 과정을 시작한다.
• 변동 가능한 지연 시간 후에 전기장 극성을 전환하여 디코herence된 위상 조정을 수행한다.
• 에코 신호를 검출하여 재위상 조정과 위상 복구를 확인한다.
• 전기장 강도와 극성 전환 시점에 따른 시스템 반응을 측정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Eu³⁺:Y₂SiO₅에서 외부 전기장 기울기를 통해 이방성 브로드닝을 제어할 수 있는가?
• RQ2 전기적으로 제어된 이방성 브로드닝으로 유도된 디코herence를 재위상 조정하여 광자 에코를 생성할 수 있는가?
• RQ3 전기장 극성 전환이 ⁷F₀–⁵D₀ 전이에서 디코herence된 위상을 효과적으로 재위상 조정하는가?
• RQ4 이 방법은 광자 에코 기반 양자 메모리의 실현 가능한 구성 요소로 활용될 수 있는가?
• RQ5 ⁷F₀–⁵D₀ 전이에서의 선형 스타크 시프트는 위상 제어를 위한 결정론적 방법으로 적합한가?

주요 결과

• 외부 전기장 기울기를 적용하고 전환함으로써 Eu³⁺:Y₂SiO₅에서 광자 에코가 성공적으로 생성되었다.
• 전기장이 ⁷F₀–⁵D₀ 전이에서 선형 스타크 시프트를 통해 제어된 이방성 브로드닝을 유도하였다.
• 전기장 극성 전환이 디코herence된 위상을 효과적으로 재위상 조정하여 에코 신호를 복구시켰다.
• 관측된 에코 신호는 설계된 이방성 브로드닝을 통한 광학 전이의 공명 제어를 확인한다.
• 이 실험은 최근의 광자 에코 기반 양자 메모리 제안에서 핵심 요소를 처음으로 실현한 것이다.
• 결과는 희토류 이온 도핑 결정에서 전기장을 사용하여 디코herence를 제어하는 것이 양자 메모리 응용 분야에서 실현 가능하다는 것을 검증한다.