铷同位素原子蒸汽中的高保真度光量子存储

光信息的相干存储对于经典的和量子的信息处理来说，都是一个不可或缺的关键组成部分，信息存取过程的保真度和效率的提高对于推动量子理论实用化进程有着重要意义。以多个原子系综构成的混合介质作为信息载体来完成光信息存储还未充分研究。. 本项目拟研究铷同位素双原子系综中基于四波混频技术的多路光信息的高保真度存储。主要研究内容是：选取适当的光场-原子耦合图象，使光场同时驱动铷原子的两种同位素原子，建立两个四波混频过程的相干关联，实现四波混频信号强度、比例以及关联程度的控制；利用四波混频过程在电磁感应透明原子介质中压缩信号光脉冲时域宽度，探索存储过程中影响信号脉冲波形失真和信息损耗的物理因素，完成光信息的高保真度高效率存储与释放；利用或避免双原子系综间建立的关联特性再结合四波混频过程，实现多路光信息的同时和分时存取，合理调整控制脉冲时序，实现光信息在双原子系综间的单向或双向相干转移。

高保真度高效率的光信息存储对于推动经典和量子信息处理的实用化进程有着重要价值。热原子系综中，基于电磁感应透明和四波混频效应的光信息存储研究对于深入理解光存储过程的基本物理和动态演化规律具有普遍意义。.本项目研究了热铷原子中的四波混频效应和基于四波混频的光信息存储。研究成果分为以下三个部分：1）选择合适的理论模型，建立正确的动力学方程，理论分析了四波混频信号强度和效率的影响因素，探索了四波混频过程中的能量损耗机制；实验观测到高效率的四波混频现象并研究了四波混频信号强度与光场参数的依赖关系。2）利用强相干激光场建立铷同位素原子之间的相干关联，基于关联原子系综中的波混频效应，实现了三路弱光输入信号转换成为七路受控波混频信号输出的多通道全光开关和路由；观测到控制场共振和非共振条件下的亚自然线宽四波混频现象，观测到伴随四波混频效应产生的信号场增益，开展biphoton单光子源的研究工作。3）设计合适的理论模型，理论分析了各种模型下光信息存储的动力学过程，探索了影响存储效率和保真度的物理因素；实验观测到高效率高保真度的光信息存储，观测到2路光信息的同步存储异步提取现象。.本项目研究进一步完善了有关量子相干效应的光与物质相互作用理论，深化了对四波混频和光信息存储动力学过程的认识，获得了切合理论的验证性实验结果，完成了多元光信息处理的若干原理性实验，所获得的规律性认识与量子信息物理相结合将促进以光子为载体的经典和量子信息科学技术的发展。