[發明專利]一種連續變量非經典光場的高效率量子存儲裝置

在審

• 申請號: 201710626022.2
• 申請日: 2017-07-27
• 公開（公告）號: CN107195324A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 閆智輝;賈曉軍;彭堃墀
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: G11C13/04
• 分類號: G11C13/04;B82Y10/00;G06N99/00
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司)14105
• 代理人: 雷立康

技術領域

本發明涉及一種連續變量非經典光場的高效率量子存儲裝置。它屬于一種將連續變量壓縮態光場的量子態存儲到原子系綜的自旋波量子態中,并且通過光學諧振腔提高量子存儲效率的設備。

背景技術

隨著量子信息科學的發展，由光學量子通道和原子量子節點組成的量子信息網絡是實際應用的保障。其中，光是量子信息遠距離傳輸的理想載體；原子系綜由于具有光學厚度大和相干性好的優勢，是實現量子節點的有效介質之一，可以實現量子信息的存儲和處理。因此，將光的量子態存儲在原子系綜中，是實現量子信息網絡的重要基礎。

非經典光場是實現量子信息的核心資源。其中，壓縮光是一種重要的非經典光場，并且能夠通過光學分束器耦合成糾纏光。目前，電磁誘導透明機制是實現量子存儲的一種有效方法，能夠實現光的量子態和原子的自旋態之間的相互映射。特別是原子系綜中的電磁誘導透明過程具有噪聲小的優點，因此該方法適用于非經典光場的量子存儲。同時，高保真量子信息處理需要高效率的量子存儲。因此，將壓縮光的量子態高效率地存儲到原子系綜的自旋態，是量子信息網絡實用化發展的關鍵。

2012年，日本的Kozuma研究組利用電磁誘導透明機制在冷原子系綜中實現了壓縮光的量子存儲，在Phys.Rev.Lett.100,093601(2008)發表題為“Storage and Retrieval of a Squeezed Vacuum”的論文。同年，加拿大的Lvovsky研究組在熱原子系綜中也實現了壓縮光的量子存儲，在Phys.Rev.Lett.100,093602(2008)發表題為“Quantum Memory for Squeezed Light”的論文。

以上兩個研究工作實現了壓縮光在原子系綜的量子存儲，解決了非經典光場的在原子系綜中實現量子存儲的問題，但上述方法的量子存儲效率大多在10-20％左右，它們存在著量子存儲效率低的技術問題。

發明內容

本發明的目的是解決現有非經典光場量子存儲效率低的技術問題，提供一種可靠性好和存儲效率高的連續變量非經典光場的高效率量子存儲裝置。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種連續變量非經典光場的高效率量子存儲裝置，包括光源單元、原子系統和壓縮測量系統；所述光源單元設有本地振蕩光信號a_L輸出端、探針光脈沖信號a_P輸出端和控制光脈沖信號a_C輸出端；所述水平偏振的探針光脈沖信號a_P輸出端與原子系統的第一輸入端連接，所述豎直偏振的控制光脈沖信號a_C輸出端與原子系統的第二輸入端連接，原子系統的輸出端與壓縮測量系統的第一輸入端連接，本地振蕩光信號a_L輸出端與壓縮測量系統的第二輸入端連接；所述壓縮測量系統由光學分束器、兩個平衡零拍探測器、功率減法器和數字可存儲示波器組成。

所述光源單元由可調諧激光器、1x 3光學分束器陣列、光學參量放大器、四套聲光調制系統組成。所述可調諧激光器的輸出端與1x3光學分束器陣列的輸入端連接，1x3光學分束器陣列的第一輸出端輸出本地振蕩光信號a_L，1x3光學分束器陣列的第二輸出端和第一聲光調制系統的輸入端連接，第一聲光調制系統的輸出端與光學參量放大器的輸入端連接，光學參量放大器的輸出端與第三聲光調制系統的輸入端連接，第三聲光調制系統輸出探針光脈沖信號a_P，1x3光學分束器陣列的第三輸出端與第二聲光調制系統的輸入端連接，第二聲光調制系統的輸出端與第四聲光調制系統的輸入端連接，第四聲光調制系統輸出控制光脈沖信號a_C；所述可調諧激光器采用低噪聲、窄線寬、鈦寶石激光器；所述光學參量放大器產生和原子吸收線匹配的壓縮態光場；所述第一、第三、第四聲光調制系統由一對聲光調制器組成；所述第二聲光調制系統由兩個雙次穿過的聲光調制器組成。

所述原子系統由原子部件和光學諧振腔組成，所述光學諧振腔由兩片平腔鏡、兩片曲率半徑為1000mm的平凹腔鏡和一片焦距為30mm的凹透鏡組成；所述光學諧振腔采用四鏡環形腔結構，其腔長為1456mm；第一片平腔鏡作為輸入輸出耦合鏡，對探針光的透過率為20％；第二片平腔鏡對探針光高反；兩片平凹腔鏡對探針光高反，并且一片平凹腔鏡被固定在壓電陶瓷上；所述原子部件設在光學諧振腔的兩個平凹腔鏡中間。