基于超大光学厚度和拉曼边带冷却的光晶格实现高效长寿命信息存储

With quantum memory, quantum repeater can be realized for quantum secure communication, which is principle for long distance quantum communication, thus many groups have proposed many schemes to improve the storage efficiency and lifetime. This project will study information storage in cold atoms. With electromagnetically induced transparency process, we realize light storage in cold atoms. To improve the storage efficiency, optical trap with ultrahigh optical depth will be used. By using clock state of atoms and Raman sideband cooling in a one-dimensional optical lattice, we shall obtain atoms in the vibrational ground state. This will prevent decoherence of the spin waves induced by the atoms’ free motion and vibration, we can prolong the information storage time. In this way, we hope to realize a both highly efficient and long-lived quantum memory system.

通过量子存储器，可以实现量子保密通讯的中继传输，这是长距离量子通信的必备条件，因而更高的存储效率和更长的存储寿命成为各小组一致追求的目标。本项目将研究冷原子系统中的信息存储，利用电磁感应透明过程实现冷原子系统中的光存储。通过超大光学厚度得到的光阱来提高信息的存储效率，利用原子钟态和一维光晶格中的拉曼边带冷却使原子处于振动基态模式来消除原子自由运动和振动带来的自旋波的退相干，提高信息的存储寿命。从而实现高存储效率和长存储寿命同时兼顾的量子信息存储。

通过量子存储器，可以实现量子保密通讯的中继传输，这是长距离量子通信的必备条件。本项目研究了冷原子系统中的信息存储，进一步优化得到超大厚度光阱和一维光晶格，利用电磁感应透明过程实现冷原子系统中的光存储。为提高信息的存储效率，我们将冷原子束缚在单光束红失谐光偶极阱中，得到了最大光学厚度为3000的光阱。我们实现了VCSEL激光锁频和原子钟态，目前初步得到10μs的信息存储时间。利用交叉光阱实现了一维光晶格，最大有效阱深为10.1μK。我们利用超大厚度光阱和Raman过程，在单光束光偶极阱上观察到了四波混频信号，信号光强与实验条件的变化具有明显的阈值特性，信号光强度可达微瓦量级，信号光的发散角小于1度，方向性很好。从而为实现高存储效率和长存储寿命同时兼顾的量子信息存储奠定基础。