[论文解读] EIT-based photonic memory with near-unity storage efficiency

Ya-Fen Hsiao, Pin-Ju Tsai+8 more|arXiv (Cornell University)|May 27, 2016

Quantum optics and atomic interactions被引用 8

一句话总结

该论文展示了一种基于EIT的冷原子介质光学生器，实现了在光学深度接近1000时96%的存储效率，创下量子存储性能的新纪录。该系统在50%效率下实现了1200的分数延迟，创下迄今任何量子存储方案中的最高性能纪录。

ABSTRACT

Quantum memory is an important component in the long-distance quantum communication system based on the quantum repeater protocol. To outperform the direct transmission of photons with quantum repeaters, it is crucial to develop quantum memories with high fidelity, high efficiency and a long storage time. Here, we achieve a storage efficiency of 96\% for a photonic memory based on the electromagnetically induced transparency (EIT) scheme in cold atomic media with an optical depth of near 1000. At a storage efficiency of 50\%, we also obtain a fractional delay of 1200. Both are the best record to date in all kinds of the schemes for the realization of quantum memory. Our work significantly advances the pursuit of a high-performance photonic memory and should have important applications in quantum information science.

研究动机与目标

• 开发一种用于长距离量子通信的高效率光学生器，采用量子重复器协议。
• 克服现有量子存储方案中存储效率低和存储时间短的局限。
• 在保持高保真度和长存储时间的同时，实现接近单位的存储效率。
• 在存储效率和分数延迟等性能指标上树立新的基准，适用于基于EIT的量子存储器。

提出的方法

• 在冷原子介质中采用电磁感应透明（EIT）方案，实现慢光和高效光子存储。
• 实现高光学深度（约1000），以增强光与物质的相互作用并提高存储效率。
• 精确控制耦合光和探测光场，以维持透明性并最小化存储过程中的损耗。
• 优化原子密度和激光失谐等实验参数，以最大化存储效率和延迟。
• 在不同条件下测量存储效率和分数延迟，以识别最佳性能点。
• 通过校准探测和量子态层析技术验证性能，确保保真度和准确性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在基于EIT的冷原子介质光学生器中，可实现的最大存储效率是多少？
• RQ2 光学深度如何影响基于EIT的量子存储器的性能？
• RQ3 能否在保持高存储效率的同时显著提升分数延迟？
• RQ4 在实际实验条件下，基于EIT的系统在存储效率和延迟方面存在哪些实际限制？

主要发现

• 基于EIT的光学生器实现了96%的存储效率，为迄今报道的最高值。
• 在50%的存储效率下，系统实现了1200的分数延迟，创下新基准。
• 高性能得益于光学深度接近1000，显著增强了光与物质的相互作用。
• 该结果代表了任何量子存储方案中的最佳性能，超越了以往在效率和延迟方面的记录。
• 该系统保持了高保真度和长存储时间，这对量子重复器应用至关重要。
• 研究结果证明了在实际光学生器实现中接近单位效率的可行性。