[论文解读] 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 3

一句话总结

本文提出了一种通过光学布居锁定机制实现可逆非均匀自旋系综的超长量子光学生存方法，将存储时间显著延长至远超自旋相位退相干时间。通过采用共振拉曼脉冲实现的改进重聚焦过程，该技术实现了创纪录的长相干时间，为长距离量子通信中的量子中继器提供了关键进展。

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.

研究动机与目标

• 解决基于自旋系统的量子存储相干时间短的挑战。
• 克服非均匀自旋系综中自旋相位退相干时间的限制，以实现量子数据存储。
• 通过实现显著长于传统极限的存储时间，使实用化量子中继器成为可能。
• 开发一种通过光学控制在自旋系综中可逆存储多个量子比特的方法。
• 展示一种能够在自然退相干时间之外稳定量子信息的机制。

提出的方法

• 利用可逆非均匀自旋系综作为量子存储介质。
• 应用连续的共振拉曼光学脉冲，激发并将在自旋态中存储量子信息。
• 采用光学布居锁定机制，在存储期间稳定自旋相干性。
• 实施一种改进的重聚焦过程，以抵消非均匀自旋系统中的去相位效应。
• 利用光学锁定技术，长期维持相位相干性。
• 依赖自旋系综的集体行为，以增强存储保真度和持续时间。

实验结果

研究问题

• RQ1 量子信息能否在自旋系综中存储的时间超过系统的自然自旋相位退相干时间？
• RQ2 光学布居锁定如何在非均匀自旋系统中将相干性延长至传统极限之外？
• RQ3 使用此改进的重聚焦机制可实现的最大存储时间是多少？
• RQ4 该方法能否以可逆且相干的方式支持多量子比特数据存储？
• RQ5 该技术在多大程度上提升了用于量子中继器的量子存储器性能？

主要发现

• 光学锁定机制使存储时间远超系统的固有自旋相位退相干时间。
• 该方法通过布居锁定稳定自旋相干性，实现了超长量子光学生存。
• 重聚焦过程经过改进，可有效抵消去相位效应，显著延长相干时间。
• 该技术支持在非均匀自旋系综中可逆、多量子比特的量子数据存储。
• 该方法为通过量子中继器实现长距离量子通信提供了切实可行的路径。
• 结果表明，与传统基于自旋的量子存储方案相比，存储时间有显著提升。