[论文解读] Photon Echoes Produced via Controlled Inhomogeneous Broadening

A. L. Alexander, Jevon J. Longdell+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 28, 2005

Quantum optics and atomic interactions被引用 1

一句话总结

本论文通过外加电场梯度调控 Eu³⁺:Y₂SiO₅ 中 ⁷F₀–⁵D₀ 跃迁的非均匀展宽，并通过翻转电场极性实现退相干的重相干，首次实验实现了近期基于光子回声的量子存储器方案中的关键组件，从而实现了通过定制化非均匀展宽对光学跃迁的相干控制。

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.

研究动机与目标

• 通过受控的非均匀展宽在 Eu³⁺:Y₂SiO₅ 中演示光子回声。
• 探索利用外部电场梯度在稀土离子掺杂材料中工程化与调控非均匀展宽的方法。
• 通过翻转电场极性，重相干由电场诱导的非均匀展宽所引起的退相干。
• 验证近期基于光子回声的量子存储器方案中的一个关键组件。
• 建立一种通过电场调谐实现固态系统中光学跃迁相干控制的方法。

提出的方法

• 施加外部电场梯度，使 Eu³⁺:Y₂SiO₅ 的 ⁷F₀–⁵D₀ 光学跃迁产生线性斯塔克位移。
• 电场通过使不同离子的跃迁频率发生差异性位移，实现受控的非均匀展宽。
• 采用泵浦-探测脉冲序列激发系统并启动光子回声过程。
• 在可变延迟后，翻转电场极性以重相干已退相干的相干性。
• 检测光子回声信号，以确认重相干与相干性恢复。
• 测量系统响应随电场强度和极性反转时间的变化。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过外部电场梯度控制 Eu³⁺:Y₂SiO₅ 中的非均匀展宽？
• RQ2 能否通过电场调控的非均匀展宽诱导的退相干实现光子回声的生成？
• RQ3 电场极性反转是否能有效重相干 ⁷F₀–⁵D₀ 跃迁中的退相干相干性？
• RQ4 该方法能否作为基于光子回声的量子存储器的可行组件？
• RQ5 ⁷F₀–⁵D₀ 跃迁中的线性斯塔克位移是否适用于相干性的确定性控制？

主要发现

• 通过施加并反转外部电场梯度，成功在 Eu³⁺:Y₂SiO₅ 中生成了光子回声。
• 电场通过 ⁷F₀–⁵D₀ 跃迁中的线性斯塔克位移诱导了受控的非均匀展宽。
• 电场极性反转有效重相干了已退相干的相干性，恢复了回声信号。
• 观测到的回声信号证实了通过工程化非均匀展宽对光学跃迁的相干控制。
• 本实验首次实现了近期基于光子回声的量子存储器方案中的核心元件。
• 结果验证了利用电场控制稀土离子掺杂晶体中退相干的可行性，为量子存储器应用提供了支持。