基于漫反射激光冷却原子系统的光量子存储器研究

Quantum repeaters, which based on quantum memory, are necessary for long-distance quantum communication. The technique of cooling and trapping atoms in normal cold atom quantum memory experiments is the magneto-optical trap (MOT). However, the diffused laser cooling technique can produce cold atoms with much lower density and temperature, and without any magnetic field devices which are very helpful for the performance and miniaturization of cold atom quantum memory. Here we plan to develop an all-optical cold quantum memory system that based on diffused laser cooling technique, which will be more stable and more compact than MOT-based quantum memory system, as well as have longer memory time. Our all-optical quantum memory will set a basis for the application of quantum memory in long-distance quantum communication in the future.

基于量子存储器的量子中继是实现远距离量子通信的必要手段。传统的冷原子量子存储器以磁光阱（MOT）来冷却并俘获冷原子。相比于磁光阱，漫反射激光冷却的原子具有密度小，温度低，不需要磁场设备的特点，对量子存储器的性能提升，实用化设计将有非常大的帮助。本项目将开发基于漫反射激光冷却原子系统的全光型量子存储器，计划获得比磁光阱冷原子更长的量子存储时间和更强的系统稳定性，为量子存储器在远距离量子通信系统中的实际应用打下基础。

项目按照研究计划执行，2016年度完成了漫反射光冷却原子系统的搭建，2017年度完成了量子存储实验系统的搭建，2018年度完成了量子存储实验的数据采集。搭建完成了基于漫反射光冷却原子的光量子存储实验系统，并进行了多次量子存储实验。由于冷原子光学厚度的限制，实验数据并不理想，没有表现出写出光子和读出光子的明显量子关联。本实验开发的激光技术和小型化冷原子系统在其它项目中得到了应用，协助完成了11瓦的1342nm单模激光器，5.2瓦的671nm倍频单模激光器的研制，以及异型光晶格量子模拟实验系统的搭建。