一、量子存储(Quantum memory)（论文文献综述）
李城,敬波,廖金宇,陈钰洁,宋日尧,张天乐,宋海智,周强[1]（2022）在《通信波段稀土离子掺杂固态量子存储进展》文中提出量子互联网是实现多方量子通信、分布式量子计算等量子信息技术的重要基础,量子存储器作为实现互联网的重要部件,对量子信息技术的发展、应用具有举足轻重的作用。如今遍布全球的光纤网络已经是信息传输的有力载体,通信波段的量子存储器因容易嵌入到当前的光纤网络中而备受重视。聚焦于稀土离子掺杂固态体系的通信波段光量子存储,首先介绍稀土离子掺杂固态量子存储的基本原理,包括稀土掺杂材料特性以及存储协议等,然后介绍目前的研究现状,最后简要分析其未来的发展趋势,并对量子互联网的构建做出展望。
王圣智[2]（2021）在《多模长寿命光与原子量子记忆纠缠产生的研究》文中认为量子中继器是构建大尺度量子网络,实现长距离量子通讯行之有效的工具。光与原子量子记忆（自旋波存储）纠缠源是实现量子中继的基本元件。近20年来围绕冷原子系综的光量子存储取得了极大的进步。实用化的量子中继要求量子存储具有大的多模存储能力,长存储寿命以及高存储效率等3个重要的指标。本文基于Duan-Lukin-Cirac-Zoller（DLCZ）量子存储方案,我们开展了一系列的研究工作,具体工作包括:（1）在87Rb冷原子系综中,通过自发拉曼散射过程产生光与原子纠缠。探究了读光功率和原子光学厚度（OD）对读出效率的影响,对读出效率进行了优化。在此基础上,研究了光与原子纠缠质量（Bell参量）随读出效率的变化关系:Bell参量S值随读出效率的增加而增加;当恢复效率增长至5%时,纠缠质量增加不明显。进一步分析显示读出效率与噪声水平相关,信噪比越高纠缠质量越高。（2）实验上建立了毫秒量级的量子存储并且演示了自旋波确定性产生和部分读出。实现了在给定时间（～730微秒）内产生单个自旋波的概率近似于1（～99.6%）。这种确定性的产生依赖于反馈式毫秒量级的量子存储。通过前后两个读光脉冲对自旋波进行部分读出操作。实验上通过先应用第一个读光脉冲将自旋波部分读出,然后剩余的自旋波通过第二个读脉冲完全恢复。同时,我们测量了两次读出信号之间的反关联函数。结果表明,部分读出的操作处于量子区域。（3）建立了空间多模长寿命的光与原子纠缠源。实验上,通过使用近共线配置和选取磁不敏感自旋波,并采用一个相位稳定的偏振干涉仪对冷原子DLCZ过程中的多模光量子比特进行编码,产生了长寿命、空间多模光与原子量子纠缠。该多模复用的量子纠缠界面可以同时存储3个长寿命的自旋波量子比特。利用前馈控制系统,我们演示了光与原子纠缠的倍增产生,产生速率是单路量子界面的3倍。实验测得倍增量子纠缠界面的贝尔参数为2.51±0.01,存储寿命为1毫秒。这项工作是实现基于光纤远程量子通信的有效途径。（4）在87Rb冷原子系综中,利用光学环形腔增强光与原子相互作用,使光子和原子自旋波关联对的产生率增加了3.8倍。同时,我们研究了光学腔对原子自旋波读出效率的影响。结果表明,恢复效率增强了1.5倍,其本质恢复效率达到40.6%。本论文围绕光与原子纠缠和量子存储,在冷原子系综中实现了量子记忆的长寿命存储,自旋波的确定性产生,建立了空间多模、长寿命纠缠源。这些工作为实现长距离量子通信、分布式量子计算以及量子中继提供了实验基础。
周勇[3]（2021）在《倏逝场在原子介质中非线性传播特性研究》文中研究说明光与物质相互作用的研究一直是备受人们关注的领域。近年来,随着人们对微纳光子器件应用的迫切需求和微纳加工技术的日益成熟,微纳波导体系中光与相干介质相互作用的研究逐渐发展成为微纳光学中最活跃的分支之一。微纳波导中的电磁场模式分布通常为倏逝波,即电场强度在垂直波导表面方向随远离界面的距离呈指数形式衰减,如金属微纳波导中的表面等离激元（Surface Plasmon Polaritons,简称为SPPs）、纳米光纤表面倏逝波等,其具有局域场增强等优异特性,可以显着增强光场与介质的相互作用,从而实现两者的强耦合相互作用并促进非线性光学现象的产生,这就为研究非线性和量子干涉效应提供了新的平台与课题,同时也带来了获得有关科学发现与应用的新契机。本文的主要目的是通过对金属-电介质-金属波导和纳米光纤中倏逝波与相干介质的量子干涉及非线性效应的研究,深入发展处理微纳波导体系中倏逝波与原子介质共振相互作用的基本理论和计算方法,并探索其在微纳集成全光信息处理中的潜在应用。本文的主要研究内容和结果包括以下几个方面:1、金属-电介质-金属波导中SPPs俘获及轨迹相干操控的研究。研究了MDM（Metal-Dielectric-Metal,简称为MDM）波导中反对称横磁模式与倒Y型四能级热原子气体的共振相互作用,基于双电磁感应透明（Double Electromagnetically Induced Transparency,简称为DEIT）机制和交叉相位调制（cross-phase modulation,简称为CPM）,我们提出了一种实现低损耗SPPs俘获及操控的非线性磁光调控方案。首先,利用非相干泵浦机制极大地抑制了波导中SPPs的欧姆损耗,实现了慢光SPPs的线性长距离稳定传播。其次,利用波导中SPPs与倒Y型能级激发构型热原子气体的DEIT所提供的巨克尔效应和SPPs的衍射效应相平衡,实现了SPPs孤子的产生,并利用SPPs孤子和CPM实现了对弱光水平SPPs的俘获,进一步通过对被俘获SPPs的调控,实现了散焦SPPs的再聚焦。最后,利用外加梯度磁场,实现了SPPs的类斯特恩-盖拉赫效应,即SPPs在梯度磁场中可以发生偏转,通过调整外加梯度磁场的空间分布和时间,我们实现了对SPPs轨迹的操控。该研究所得到的结果在未来全光芯片上光集成、光信息处理等领域均具有潜在应用价值。2、纳米光纤表面慢光孤子存储及读取的研究。研究了纳米光纤表面基模与三能级Ladder型里德堡原子气体的共振相互作用,并在理论上实现了非线性区间纳米光纤系统中基于电磁感应透明机制（electromagnetically induced transparency,简称为EIT）的光存储效应。由于光被紧束缚在纳米光纤表面,光与原子的相互作用变强,EIT效应也得到增强。由于模式的非均匀分布,EIT的色散也具有空间分布不均匀的特征。我们发展了一套系统地处理体系中非均匀效应的平均场理论,发现了纳米光纤表面孤子的存在,并基于EIT机制实现了纳米光纤表面孤子的高效率、高保真度的存储与读取。同时,提供了优化纳米光纤表面孤子存储的理论方案。该工作在光互联、全光信息处理等领域具有重要应用价值。3、掺杂稀土离子晶体材料中量子干涉效应的研究。我们选取了两种典型的能级激发构型,包括Λ型和V型,考虑了能级的非均匀展宽,系统地研究了光与多能级掺杂稀土离子晶体材料共振相互作用过程中量子干涉效应的特性。研究发现,在弱控制光条件下,Λ型系统中存在相消量子干涉,导致了探测光的吸收谱在共振频率附近出现EIT效应,随着控制光的强度逐渐增强,吸收谱中量子干涉效应的贡献逐渐减少。对于双峰结构的吸收谱随着控制光强逐渐增强,发生了EIT-Autler-Townes分裂渡越效应。而在V型系统中,探测光吸收谱中透明窗口的出现主要是由于饱和吸收效应,其量子干涉为相长干涉。该工作发展了一套处理非均匀展宽介质中光谱分解的方法,所得到的结果在固态全光信息处理等领域具有应用价值。本论文共由六章组成:第一章为综述,主要介绍了在微纳波导结构中倏逝波与相干介质的相互作用,并介绍了表面等离激元的非线性效应和磁光调控,以及光孤子及非线性光脉冲的存储及读取的研究进展。第二章主要介绍了文章所研究的微纳波导的电磁场模式分析的理论方法,并介绍了研究光与物质相互作用的一般理论方法。第三章到第五章是基于理论方法开展的研究工作。第三章对金属-电介质-金属波导结构弱光场信号的俘获及轨迹操控进行了研究。第四章研究了纳米光纤中基于电磁感应透明机制的光存储及读取。第五章研究了掺杂稀土元素晶体材料量子干涉效应。第六章是对所做工作的总结,并展望未来的研究工作。
马钰[4]（2021）在《长寿命相干光存储器》文中进行了进一步梳理光子在光纤中的损耗使得基于光纤直接传输的量子通信被限制在百公里量级。为了将通信距离扩展到千公里以上乃至全球范围,在过去二十年中,量子中继方案被寄予厚望并进行了大量的研究。在量子中继方案中,信道被分为多个距离更短的基本链路,链路之间用中继站进行连接。通过逐级进行纠缠交换操作,基本链路被连接为更长的链路,并最终在整个信道上建立量子纠缠。然而,由于量子中继系统的高复杂度,至今尚未出现能够超越光纤直接传输的实验演示。由于光纤中的损耗已经接近理论极限,科学家一直在探索替代的解决方法。近年来,基于卫星和自由空间光的量子通信在纠缠分配、密钥分配、隐形传态等方向取得了一系列重要成果,引起了广泛的研究兴趣。由于卫星与地面之间的空间信道损耗仅来自于10千米厚的大气层,这种通信方案能够有效克服信道损耗的问题,目前已经实现了地表距离超过1000公里的量子密钥分配。但是,要想将通信的距离扩展至全球范围,仍然需要将量子中继方案应用到卫星中去。量子中继的系统性困难依然是艰巨的挑战。量子存储器是量子中继的核心器件,研制高品质的量子存储器是量子中继方案中的挑战之一。量子存储器指的是一种能够将光子携带的量子信息可逆地映射到物质系统的量子态中、并按需进行读取的器件。在量子中继方案中,量子存储器能够对光子进行缓存,对链路之间的纠缠交换操作起到至关重要的同步作用。实用化的量子中继对量子存储器的存储效率和寿命都提出了很高的要求。2015年,澳大利亚的研究组成功在掺铕硅酸钇晶体中观测到长达6个小时的自旋相干时间。这一长寿命的自旋相干特性启发了另一种进行长距离密钥分配的思路,即使用高速交通工具对量子存储器进行运输,在通信的两地分别进行写入和读出的操作。这种方案降低了对量子存储器效率、波段、带宽的要求,但需要小时量级以上的存储时间。然而,由于掺铕硅酸钇在磁场中的激发态能级结构未知、能级间距窄且结构复杂、光学深度减弱等原因,此前一直未有存储器的研究工作能够充分利用这一长寿命的自旋相干性。为了实现在掺铕硅酸钇晶体中的长寿命光存储,本人在攻读博士学位期间进行了一系列研究工作。研究成果一:为了探测掺铕硅酸钇在磁场中的激发态能级结构,我们搭建了一台基于拉曼外差探测原理的核磁共振谱仪对掺铕硅酸钇的光学激发态哈密顿量进行了刻画,并发展了脉冲式拉曼外差探测技术对激发态能级结构进行了精确测定。研究成果二:在已知能级结构的基础上,我们在实验上首次将零一阶塞曼技术与原子频率梳存储协议结合起来,成功将光脉冲写入掺铕硅酸钇的长寿命自旋态。在自旋存储阶段,我们使用动力学解耦合序列进一步延长自旋态的相干时间。经过1个小时的存储后,我们成功从存储器中读出光脉冲,并验证了读取脉冲具有96.4±2.5%的高保真度,这一结果将相干光存储的纪录时间从分钟量级推进至小时量级。我们的研究结果表明掺铕硅酸钇是研制长寿命量子存储器的理想候选,有助于在基于量子卫星或可搬运量子存储器方案中实现全球范围的量子密钥分配。
刘超[5]（2021）在《基于飞秒激光直写的可集成固态量子存储器研究》文中研究说明量子存储器是量子信息科学中的一种核心器件。它能将预报单光子转化为确定单光子、增进量子精密测量的精度、同步量子计算中的门操作。基于量子存储器的量子中继方案,能够有效地克服光信号在光纤中传输时的指数衰减问题,从而实现远距离的量子通信。目前量子存储器的研究已经取得了长足的进展,为了推动量子存储器的实际应用,研究小型化可集成化的量子存储器,具有重大意义。基于固态体系的量子存储器,具有物理和化学性质稳定、易于加工和与其他器件集成的优点,很适合用来研制可集成量子存储器。掺杂在固体中的稀土离子,在低温下具有很长的相干寿命,是一种具有非常好的应用前景的量子存储材料。我博士阶段主要基于稀土掺杂晶体,利用飞秒激光直写技术研制可集成的固态量子存储器。本文取得的主要研究成果如下:1.测定掺Nd3+硅酸钇晶体中143Nd3+离子光学基态的自旋哈密顿量。量子存储依赖于存储介质中具体的能级,在应用量子存储方案之前,我们需要选择合适的能级体系,因而需要了解该介质详细的能级结构,也就是说需要知道该体系的哈密顿量。143Nd3+离子是一种典型的Kramers离子,它具有S=1/2的电子自旋以及I=7/2的核自旋,光学基态共有16个能级,采用传统的光谱学的方法很难定出它的自旋哈密顿量。我利用参与研制的脉冲式超低温电子顺磁共振谱仪,结合自己编写的程序,拟合出了掺钕硅酸钇（Nd3+:Y2SiO5）晶体中143Nd3+离子光学基态的自旋哈密顿量,拟合偏差接近于实验数据的误差。该方法也可直接应用于其他Kramers离子自旋哈密顿量的测定。2.参与搭建基于稀土掺杂晶体的可集成固态量子存储平台。飞秒激光直写技术具有加工精度高,可重复性、稳定性好的优点。我采用该技术在稀土掺杂晶体上刻蚀Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型的光波导,一条光波导就可以作为一个量子存储器使用。这些不同种类的光波导在量子信息科学中有不同的应用,其中Ⅱ型光波导能极大地增强光场的功率密度;Ⅲ型光波导则能够支持不同偏振光的单模传输;Ⅳ型光波导位于晶体的表面20微米内,便于与其他的片上可集成器件对接。3.实现基于掺铕硅酸钇（151Eu3+:Y2SiO5）晶体的高保真度相干光存储。151Eu3+:Y2SiO5晶体可表现出长达6个小时的自旋相干时间,这是目前所有体系中最长的相干时间,这种独特的性质使得它在量子信息领域中具有非常好的应用前景。我在151Eu3+:Y2SiO5中晶体刻蚀出Ⅱ型光波导,该波导能够很好地与单模光纤兼容,插入损耗最低可达4.95 dB。接着我在Ⅱ型光波导中演示了基于两种不同存储方案的相干光存储,存储保真度均在99%左右,证明了基于Ⅱ型光波导的存储器的可靠性。4.实现按需式读取的可集成固态量子存储器。我在151Eu3+:Y2SiO5晶体的表面上刻蚀片上光波导,并在光波导的旁边引入电极,利用Stark调制的原子频率梳方案,实现了光量子比特的按需读取,存储保真度为99.3%±0.2%,这接近基于块状晶体的量子存储器中获得的99.9%的最高保真度的记录。通过在电极上施加两个峰值电压为5V的电场脉冲,就能主动地控制存储时间。这种跟晶体管-晶体管逻辑兼容的设置,为基于波导的量子存储器的进一步扩展和集成奠定了基础。
李宗峰[6]（2021）在《稀土氯化物晶体生长及其光存储研究》文中指出量子信息行业近年来的蓬勃发展促成了对新材料新设备等新技术的需求。量子通信的应用要求更优参数的量子存储材料,更高的存储指标,和与存储器匹配的纠缠源等。包含稀土离子的固体材料在量子存储的众多备选物理系统中以其存储时间长,带宽大,保真度高等优点,逐渐成为最有希望实现量子存储的材料之一。这篇论文呈现了作者在水合稀土氯化物晶体的生长,光谱学测试及量子存储应用的研究,使用谐振腔制备高能激光脉冲的研究,匹配存储器的参量下转换纠缠源的搭建。主要成果如下:1.生长高品质水合氯化稀土晶体及NdCl3·6H2O晶体的光谱学研究水合氯化铕晶体是光学非均匀展宽最低的固体材料之一。此类氯化稀土晶体的极高的色心浓度,强稀土离子间相互作用赋予其在量子存储和计算方面的全新应用前景。在同类晶体NdCl3·6H2O中,Nd3+离子的Kramers特性导致了更强的离子间相互作用。我们生长了高品质的NdCl3·6H2O单晶,并首次测量该晶体的光谱学性质。同时我们研究了Nd3+离子的4I9/2→4F3/2最低晶体场能级跃迁的偏振依赖特性,阐明非辐射跃迁过程为此晶体中主要跃迁通道。2.基于EuCl3·6H2O晶体的光存储研究同位素提纯的EuCl3·6H2O晶体已经体现出了低于能级间距的非均匀展宽,在光量子存储方面应用颇有前景。我们生长得到了EuCl3·6H2O晶体,实验测得其7F0→5D0跃迁相干时间为55.7 μs,并在该跃迁中实现微秒量级原子频率梳光存储,最后定量分析了温度导致的跃迁频率移动现象。3.提出并实现基于光学谐振腔的脉冲功率放大方案在量子存储这种光与物质相互作用的实验中通常需求窄线宽频率稳定的连续波激光。然而在某些应用中,如使用光学π脉冲实现电子布局数反转,需要短时间高功率激光脉冲,普通连续波激光器难以像脉冲激光器那样输出极高功率密度的短脉冲。我们提出并实现一种方案,其利用光学谐振腔特性,能将连续波激光器输出的连续波激光转换为高功率密度的脉冲光,从而解决当前量子存储中的一个技术问题。我们的实验装置实现了 17倍峰值功率放大结果,且脉冲宽度可调。4.搭建匹配量子存储器的参量下转换纠缠光源完整的量子中继方案除了需要量子存储器外还需要纠缠光子对和纠缠交换操作。我们使用波导PPKTP实现高亮度的下转换光子对,使用光学标准具的组合使纠缠光子带宽与存储器相匹配。使用线性光学和后选择的方法实现了最大纠缠态的制备。又用线性光学的方法实现贝尔态测量,最终实现两对纠缠光子的纠缠交换。5.实验相关的软件开发与实验紧密相关的计算机软件被开发出来,用于简化实验中某些多次使用的计算过程,或实现某些仪器的特殊操作需求。这些软件包括:简化高斯光参数计算的高斯光参数计算程序;实现可编程温度控制的TED4015温度控制软件;具有能够灵活使用虚拟通道功能的TimeTagger符合仪软件和模拟信号调节的磁场控制软件。
寿翀[7]（2021）在《基于电磁诱导透明的线性与非线性光脉冲的存储、读取与分束》文中研究说明从上世纪六十年代激光诞生以来,光子成为信息处理技术的理想载体。光子具有传播速度快、光子之间相互作用小、可携带的信息量大等优点。光存储是光信息处理的关键技术之一,经典光存储技术（例如光盘等）已获得广泛的应用。由于在量子计算与量子信息、精密光谱与精密测量等新兴量子技术领域中有重大的应用前景,光量子存储的研究引起了人们的极大重视。然而,有关研究仍然面临许多问题,研究结果离实际应用的需求还存在很大的距离。如何得到的合适的存储介质、构建满足应用需求的固态量子存储器件、提高存储时间、存储效率与存储保真度等成为需要解决的关键问题。电磁诱导透明（Eletromagnetically Induced Transparency,简称EIT）是研究光量子存储的关键技术之一,其原理是利用控制光场诱导的相消量子干涉效应消除共振介质的光吸收,使得原本对探测光场不透明的介质变得透明。同时,利用EIT可在体系中产生非常大的克尔非线性,从而可实现多种弱光非线性光学效应,包括高效多波混频、弱光开关、弱光孤子等。另外,利用EIT可实现对光场的主动量子操控,特别是实现光脉冲的存储与读取。基于此,可构建量子存储与线性与非线性光学功能相结合的新型光子器件,包括光学量子分束器等,从而在光量子信息处理中有重要的应用。本人在攻读博士学位期间,基于EIT原理,对冷原子和半导体量子点体系中光脉冲的稳定传播、存储、读取、分束与路由开展了深入的理论研究。本学位论文所论述的研究成果包括以下几个方面:1.慢光孤子分束器—提出了一种利用三脚架型四能级冷原子系统实现慢光孤子分束器的方案。研究结果证明,利用EIT产生的巨克尔非线性光学效应与色散效应的相互平衡,可在体系中实现慢光、弱光孤子;通过对控制光场的主动操控,可实现对光孤子的高效、高保真存储与读取。另外,通过先后开启和关闭多个控制光场,可使光孤子分裂为多个光孤子。研究结果为实现多通道量子系统中非线性光脉冲的稳定传播与主动操控提供了一定的参考价值。2.高效可控的表面极化激元分束器—该研究的基本思路是:在掺有量子发射体的等离子体超材料与电介质的界面上,基于EIT实现高效可控的表面极化激元分束器。研究结果表明,利用量子发射体的EIT和超材料的电磁响应所产生的相消干涉效应,可在很弱的光强下产生表面极化激元,并具有很小的量子退相干和很低的欧姆损耗;利用弱微波场作用于量子发射体的两个底能级,可进一步降低表面极化激元的传播损耗;证明了利用增强的克尔效应可以平衡表面极化激元的色散效应,并可产生超慢传播的弱光表面极化激元孤子;通过主动操控体系的控制场,可实现表面极化激元的高效存储、读取与分束。研究结果对低损耗的线性与非线性表面等离激元的实验实现及其相干主动控制提供了有益的理论方案。3.慢光暗孤子和Peregrine孤子的存储、读取与分束—本研究证明了在Λ型三能级原子系统中可通过EIT产生稳定的、连续波背景下的慢光暗孤子和Pere-grine孤子。另外,通过操控体系的控制激光场,可实现这种具有连续波背景的暗孤子和Peregrine孤子的高效、高保真存储与读取。此外,还证明了在双Λ型或三脚架型能级结构的系统中,通过操纵两个控制激光场的开关时序,可得到暗孤子和Peregrine孤子的时间分束。4.自旋轨道耦合下量子点中的单光子存储与路由—由于实际应用的需要,如何实现高效、高保真的固态量子存储器件是一个重要课题。本研究提出了一种在具有自旋轨道耦合的量子点中实现高效可控的单光子存储和路由方案。研究表明,量子点中的自旋轨道耦合不仅可为单光子传播提供一种灵活可变的能级结构,并且还可通过EIT实现单光子波包的存储、读取与路由;利用弱微波场可以大大抑制量子点中单光子波包的传输损耗,从而使单光子的存储和路由具有较高的效率和保真度。本研究为基于自旋轨道耦合量子点设计新型固态光量子信息处理器件提供了新思路。本文得到的若干研究结果,不仅有利于深入了解EIT体系的非线性与量子光学特性,而且对基于冷原子和量子点体系的新型光学器件的设计等具有理论指导意义。
于溢琛[8]（2021）在《基于里德堡原子的光子操控》文中指出量子信息作为量子力学和信息科学的交叉学科,主要可以分为量子通信、量子计算和量子测量等方向。量子通信与经典通信相比有着更强的安全性;量子计算与经典的计算相比有着更快的运算速度;量子测量相比于经典的测量方式能够实现更高精度、更高灵敏度的测量。量子信息的应用将带来全新的技术革命,彻底改变人类社会的发展进程。光子不管是在经典信息领域还是量子信息领域都是被广泛应用的信息的载体,对信息的处理都离不开对光子的基本操控技术,包括量子存储技术,量子开关技术,量子门控技术等。里德堡原子相较于基态原子有着许多得天独厚的优势使得基于里德堡原子的量子信息技术逐渐成为最热门研究方向之一。里德堡原子是指核外电子处于高激发态的原子,与低激发态原子相比有着更大的轨道半径、更长的能级寿命。里德堡原子间相互作用表现为长程强相互作用,更容易通过外场进行调控。里德堡原子系统为光子操控提供了极佳的平台。在本论文中我们主要研究了里德堡原子间相互作用以及里德堡原子与光子相互作用,实现了里德堡原子对光子的操控技术。里德堡原子对光子的操控是未来实现基于里德堡原子的量子通信和量子计算至关重要的技术。本论文的主要研究内容如下:1.实验上通过里德堡原子阻塞效应构建了作用于偏振纠缠光源中真实单光子的量子开关。偏振纠缠源是通过使用两个光束偏移棱镜（BD）在冷原子系统自发四波混频（SFWM）过程的两个路径中构建自稳定干涉仪来制备的。我们验证了偏振纠缠光源的窄带、高保真特性以及自稳定干涉仪的稳定性。通过控制里德堡原子间的阻塞效应我们实现了对纠缠光子对中的一路光子的开启和关断操作,开关比高达77±3.1%。最后探测经过光开关后的信号光子的纠缠保真度证实我们的光开关不会破坏纠缠光源原本的纠缠特性。2.实验研究了里德堡原子存储过程中恢复信号出现的拉比频率随时间衰减的拉比振荡现象。不同于以往实验,我们研究的是量子存储过程中光与原子集体态在低激发态和里德堡激发态之间的拉比振荡过程,在存储的读出过程中,低激发态原子数不断向基态转化,读出的光子信号的拉比振荡峰出现了啁啾特性。我们观测到了啁啾的拉比振荡信号,并用公式给出拟合曲线。3.实验完成了两个相距1米的里德堡原子系综之间的纠缠。我们将两个状态相同的磁光阱分别置于BD的两个路径中,输入的单光子信号有同等概率在任一磁光阱中被存储。最后探测存储恢复的光子信号验证两个系综之间纠缠性的存在。4.实验研究了空间无交叠且间距远大于阻塞半径的两条路径下的里德堡激发态极子之间的相互作用。我们将光子存储为里德堡暗态极子,改变两路径的间距,在四倍于阻塞半径的条件下依然能够观测到里德堡极子间的相互作用。实验中我们使用高分辨率成像的单光子CCD为里德堡极子间长距离的相互作用提供了直接证据,并给出集体态拉比振荡信号在相互作用影响下的演化。本论文的特色和主要创新点如下:1.实验上首次利用里德堡原子阻塞效应实现了对纠缠光源中的真实单光子的开关操作。该开关的对比度高达77±3.1%,且不改变操作光子原本的纠缠特性。这为利用里德堡原子系统控制量子信息网络节点和量子门控操作提供了新的方案。另外我们的实验对研究里德堡原子系统与纠缠光源中真实单光子的相互作用有着指导意义。2.实验上观测到了里德堡原子存储过程中在低激发态和里德堡激发态之间出现的拉比振荡信号的啁啾特性,还给出了拟合曲线。我们的实验结果可以实现对单光子波包的按需调控。另外,对研究光与原子集体态拉比振荡提供一个新的途径。3.实验上首次实现了空间远距离的两个里德堡原子系综的纠缠。实验中我们完成了基于里德堡原子系统的纠缠态的输入、存储和输出的过程。这个过程是基于纠缠源的量子通信协议实施的基本技术,在量子通信网络的构建上有着重要的意义。我们的实验结果对研究基于里德堡原子的量子节点间的纠缠交换和纠缠分发有着重要价值。4.实验上通过单光子电荷耦合器件（CCD）直接观测了两个空间无交叠且距离四倍于阻塞半径的两路径中里德堡极子间的相互作用。我们发现里德堡极子间最大相互作用距离不仅与主量子数n有依赖关系还可以通过量子存储增加里德堡原子体系非线性的方式,将相互作用距离提高到阻塞半径的四倍大小。里德堡极子间相互作用距离的增长更有利于实现对长程相互作用的控制,在利用里德堡原子构建多体模拟器件方向有重要应用。另外,我们的实验结果在多体物理中的相互作用随时间演化方向也有着研究价值。
冯啸天[9]（2020）在《光量子存储及噪声特性的实验研究》文中研究指明光量子理论的实际应用包括量子计算,量子通信和量子度量等,其核心是对光量子信息的处理。大规模的光量子信息处理系统通常是由节点构成的网状结构。受光子传输损耗的影响,节点与节点之间的成功连接可能需要多次尝试,这就离不开稳定、经济、高效的光量子存储器件。衡量光量子存储系统好坏的指标包括:存储效率,存储带宽,存储保真度等。其中,存储效率是最基础的特征指标;高的存储带宽对于存储器接入高速网络意义重大;而保真度的高低则直接反映了系统对于光量子特性的保持能力,是存储器“量子”而非“经典”的判断标准。近二十年来,人们基于不同的物理机制,例如电磁诱导透明存储、拉曼存储、梯度回波存储,利用不同的实验介质,如原子系综、稀土掺杂固体材料、金刚石氮空位色心、单量子系统等,开展了大量关于量子存储的理论和实验研究,成果卓着。尤其在最近几年,存储器件的各项指标均实现了明显进步,例如分别在不同的存储系统中实现了大于90%的存储效率,超过1 s的存储时间和高于GHz的存储带宽。未来,光量子存储领域面临的挑战,是如何在同一存储系统中实现各项指标均达到较高水平,且容易集成和规模化的光量子存储过程。本论文选择具有集体增强效应的原子系综作为光与原子的作用介质。在无需低温冷却装置,且容易制备的铷87热原子蒸汽中,对基于远失谐拉曼散射的光量子存储过程进行了相关实验研究,目的是实现高存储效率,低噪声水平的光量子存储过程。围绕着这一主题,本文首先通过波形迭代优化的方法,将拉曼存储的效率从以往报导的40%提升到80%以上,为拉曼存储的实用化奠定了基础。进一步的,针对降低保真度的主要因素——Λ能级构型的存储介质中伴生的四波混频这一重要噪声来源,本文将量子干涉效应引入存储过程,从理论上提出了一种全新的噪声免疫存储实验方案,在兼顾高存储效率的同时能够将噪声压低至接近真空噪声的水平。最后,论文通过实验演示了这一方案的可行性,对弱相干光待存储光脉冲信号,实验实现了接近80%的噪声抑制效果,与此同时,存储过程的写入效率也有了约10%的提升,达到90%以上;此外,在单光子水平的待存储光信号强度下,实验测得了～93.6%的存储保真度,远超经典非克隆极限的水平。本论文的结果对构建能够实用和集成化的光量子存储器提供了重要的技术支持。
于勇[10]（2020）在《量子存储器间的远距离纠缠》文中研究表明量子网络是指将诸多位于不同地点的量子处理器连接形成的一个可以传输量子态的网络。它能够提供许多革命性的功能,诸如任意远距离的安全通信、分布式量子计算等。实现它的基础单元是两个远距离的量子存储器之间的纠缠。本文中我们尝试利用冷原子量子存储体系建立远距离的纠缠。目前远距离纠缠的发展受限于光与原子纠缠亮度低、原子存储器波长与通信光纤不匹配等技术瓶颈。为此,我们首先搭建了环形腔增强单光子与原子系综间耦合,提升了存储器读出效率;同时利用环形腔抑制了控制光噪声、减少了滤波损耗。与之前结果相比,光与原子的纠缠亮度提升了一个量级。其次我们还利用量子频率转换技术,将从原子团出射的光子波长从795纳米转换至位于光纤通讯波段的1342纳米,使得光子传输损耗由原本的3.5 dB/km降低至0.3 dB/km。然后我们通过光子干涉建立量子存储间的远距离纠缠。建立远距离纠缠主要有两种方案:单光子干涉方案和双光子干涉方案。总体而言双光子干涉方案实验难度较低,同时纠缠产率也较低;单光子干涉方案纠缠产率更高,但要求稳定的相位环境,实验难度较大。我们分别利用这两种方案演示了两个量子存储间的远距离纠缠,一个是利用双光子干涉方案,通过总长22公里的外场光纤传输建立的;另一个是利用单光子干涉方案,通过总长50公里的室内光纤传输建立的。为实现远程单光子干涉,我们设计并实施了双重相位锁定方案,成功地把经过50公里光纤传输后引起的光程差控制在50纳米左右。虽然目前实验中两个存储器仍然放置于同一个实验室,但已基本具备实现远距离空间分隔的存储器间纠缠的能力。本论文中我们还考虑了其他两方面的问题。一方面是量子存储器的安全检验,我们首次演示了用测量设备无关方案去检验一个量子存储器,并通过基于里德堡阻塞效应的单光子源及量子随机数控制的偏振态制备,保证了光源端的抗攻击能力。我们的方法兼顾了安全性和可操作性,有很强的的实用意义。另一方面,针对冷原子量子存储体系现有的不足,我们提出了一些理论方案进行改进。其中一部分是利用里德堡阻塞效应,实现系综体系中光和原子的确定性纠缠制备,以及在原子系综内部进行确定性的纠缠交换;另外一部分是在DLCZ存储中,利用拉曼光对自旋波的操控,实现量子比特的长寿命以及多模存储。本文中我们用两种方案分别实现的22公里及50公里光纤传输的量子存储器间纠缠的工作为构建基于量子中继的量子网络奠定了基础。将其与基于里德堡的确定性纠缠、长寿命存储等技术结合,将极大地推动量子中继和全量子网络的实验研究。
二、量子存储(Quantum memory)（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、量子存储(Quantum memory)（论文提纲范文）
（1）通信波段稀土离子掺杂固态量子存储进展（论文提纲范文）
| 引 言 |
| 1 基本原理 |
| 1.1 稀土掺杂材料的性质 |
| 1.2 稀土掺杂固态量子存储协议 |
| 1.2.1 受控可逆非均匀展宽协议 |
| 1.2.2 原子频率梳协议 |
| 1.2.3 静默回波恢复协议(ROSE) |
| 2 研究现状与成果 |
| 2.1 基于CRIB的通信波段稀土掺杂固态量子存储 |
| 2.2 基于AFC的通信波段稀土掺杂固态量子存储 |
| 2.3 基于ROSE的通信波段稀土掺杂固态量子存储 |
| 2.4 其它 |
| 3 结束语 |
（2）多模长寿命光与原子量子记忆纠缠产生的研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 长寿命的量子存储 |
| 1.2 多模量子中继 |
| 1.3 高效率量子存储 |
| 第二章 实验技术 |
| 2.1 冷原子制备 |
| 2.1.1 研究背景 |
| 2.1.2 光辐射压力 |
| 2.1.3 磁光阱系统 |
| 2.1.4 ~(87)Rb磁阱系统 |
| 2.1.5 冷原子俘获时序控制 |
| 2.2 原子气室抽真空过程 |
| 2.3 PDH(Pound-Drever-Hall)锁频技术 |
| 2.4 模式清洁器(MC) |
| 2.5 饱和吸收稳频技术 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 读出效率对光与原子纠缠产生的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 冷原子系综光与原子纠缠产生的实验装置和能级结构 |
| 3.3 读出效率与Bell参量S的实验结果 |
| 3.4 理论分析Bell参量与读出效率的关系 |
| 3.5 实验小结 |
| 第四章 原子系综中单模自旋波量子记忆的确定性产生与部分读出 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 毫秒量级量子存储器的实验装置和能级结构 |
| 4.3 毫秒量级量子存储的实验结果 |
| 4.4 单个自旋波确定性产生和部分读出操作 |
| 4.5 实验小结 |
| 第五章 多模长寿命光与原子量子记忆纠缠产生的研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 多模长寿命存储的实验装置与实验能级 |
| 5.2.1 偏振干涉仪介绍与实验方法 |
| 5.2.2 多模长寿命存储的实验方法 |
| 5.2.3 光束变换装置(Beam transformation devices,BTDs) |
| 5.2.4 接收方向相对于写光方向的夹角 |
| 5.3 多模长寿命存储的恢复效率与存储时间的关系 |
| 5.3.1 单模与多模存储的对比 |
| 5.3.2 量子存储寿命的主要限制因素 |
| 5.4 多模量子界面纠缠特性的测量 |
| 5.5 实验小结 |
| 第六章 光学腔增强单模自旋波读出效率的实验研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 光学环形腔增强的实验装置及时序设计 |
| 6.2.1 实验装置及实验过程 |
| 6.2.2 时序设计 |
| 6.3 实验结果 |
| 6.4 实验小结 |
| 第七章 全文总结和展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 个人简况及联系方式 |
（3）倏逝场在原子介质中非线性传播特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 微纳波导中倏逝波与原子介质的相互作用及其研究进展 |
| 1.2.1 表面等离激元 |
| 1.2.2 金属-电介质波导 |
| 1.2.3 金属-电介质-金属波导 |
| 1.2.4 纳米光纤 |
| 1.3 表面等离激元非线性效应及其研究进展 |
| 1.4 表面等离激元的磁光调控及其研究进展 |
| 1.5 光孤子及非线性光脉冲的存储及读取研究进展 |
| 1.6 论文结构 |
| 第二章 理论方法 |
| 2.1 波导中电磁模式的分析方法 |
| 2.1.1 平面双层波导 |
| 2.1.2 平面三层波导 |
| 2.1.3 纳米光纤波导 |
| 2.2 光与相干介质相互作用的半经典理论 |
| 2.2.1 Maxwell-Bloch方程 |
| 2.3 微纳波导体系中处理光于相干介质相互作用的平均场近似方法 |
| 第三章 金属-电介质-金属波导结构中弱光场信号的俘获及轨迹操控 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 模型简介 |
| 3.3 表面等离激元的增益辅助传播及其线性传播性质 |
| 3.4 SPPs孤子的非线性演化方程 |
| 3.5 通过交叉相位调制用探测场 SPPs 孤子控制信号场 SPPs 孤子 |
| 3.5.1 在没有外磁场下控制信号场SPPs |
| 3.5.2 有外磁场下控制信号场SPPs |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 纳米光纤中基于电磁感应透明机制的光存储及读取的理论研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 模型 |
| 4.3 纳米光纤波导体系的EIT特性 |
| 4.3.1 初态 |
| 4.3.2 线性色散和慢光效应 |
| 4.4 纳米光纤界面上的超慢孤子 |
| 4.4.1 EIT存储的非线性理论 |
| 4.4.2 超慢孤子的存储与读取 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 掺杂稀土元素晶体材料量子干涉效应的理论分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 理论模型 |
| 5.3 线性性质 |
| 5.3.1 基态 |
| 5.3.2 线性色散关系 |
| 5.4 量子干涉性质分析 |
| 5.4.1 Λ型系统 |
| 5.4.2 V型系统 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 研究工作总结 |
| 6.2 拟开展的进一步研究工作 |
| 附录A 第三章中一些方程和系数的具体表达式 |
| 附录B 第四章中一些方程和系数的具体表达式 |
| B.1 纳米光纤的电场模式 |
| B.2 Bloch方程的各阶解的形式 |
| B.2.1 Bloch方程 |
| B.2.2 MB方程一阶解的具体形式 |
| B.3 有效MB方程 |
| 附录C 第五章中一些方程和系数的具体表达式 |
| C.1 Λ型和V型能级系统的光学Bloch方程及其一阶解 |
| C.2 两个系统中光谱分解的细节 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
| 致谢 |
（4）长寿命相干光存储器（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 量子纠缠 |
| 1.2 量子网络与量子中继 |
| 1.3 基于卫星的量子通信 |
| 1.4 量子存储 |
| 1.5 论文结构 |
| 第2章 拉曼外差探测技术 |
| 2.1 光学外差探测 |
| 2.1.1 锁相放大技术 |
| 2.2 连续波拉曼外差探测 |
| 2.2.1 原理与实验装置 |
| 2.3 脉冲式拉曼外差探测 |
| 2.3.1 核磁共振 |
| 2.3.2 自旋回波 |
| 2.4 小结 |
| 第3章 稀土离子掺杂晶体中的超精细相互作用 |
| 3.1 Non-Kramers离子的自旋哈密顿量 |
| 3.1.1 实验方法 |
| 3.1.2 拟合方法 |
| 3.2 Site-1 ~(151)Eu~(3+)的基态与激发态 |
| 3.2.1 拉曼外差探测的局限性 |
| 3.2.2 光谱烧孔技术简介 |
| 3.2.3 利用光谱烧孔确定基态与激发态的对应关系 |
| 3.3 Site-1 ~(153)Eu~(3+)与Site-2 Eu~(3+)的基态 |
| 3.4 Site-2Pr~(3+):Y_2SiO_5的基态与激发态 |
| 3.5 小结 |
| 第4章 稀土离子掺杂晶体的自旋相干性保护 |
| 4.1 相干性保护技术 |
| 4.1.1 零一阶塞曼效应 |
| 4.1.2 动力学解耦合技术 |
| 4.1.3 冻核效应 |
| 4.2 Eu~(3+):Y_2SiO_5 |
| 4.3 ZEFOZ磁场的搜索 |
| 4.4 小结 |
| 第5章 长寿命相干光存储器 |
| 5.1 自旋波存储协议 |
| 5.1.1 电磁感应致透明 |
| 5.1.2 受控可逆非均匀展宽 |
| 5.1.3 原子频率梳 |
| 5.2 不同物理系统中的长寿命光存储研究进展 |
| 5.2.1 原子系综 |
| 5.2.2 稀土离子掺杂晶体 |
| 5.3 基于Eu~(3+):Y_2SiO_5的ZEFOZ-AFC型存储器 |
| 5.3.1 能级结构的理论预测与实验测定 |
| 5.3.2 光学跃迁概率的计算 |
| 5.3.3 原子频率梳的制备 |
| 5.3.4 实验装置 |
| 5.3.5 自旋波存储与动力学解耦合 |
| 5.3.6 存储效率分析 |
| 5.3.7 存储器相干特性的验证 |
| 5.4 小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（5）基于飞秒激光直写的可集成固态量子存储器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 量子科技 |
| 1.1.1 量子通信 |
| 1.1.2 量子计算和量子模拟 |
| 1.1.3 量子传感和量子精密测量 |
| 1.2 量子存储器及其应用 |
| 1.2.1 量子中继和远程量子通信 |
| 1.2.2 量子光源 |
| 1.2.3 线性光学量子计算 |
| 1.2.4 量子精密测量 |
| 1.3 量子存储器的表征参数 |
| 1.4 量子存储体系 |
| 1.4.1 冷原子 |
| 1.4.2 热原子 |
| 1.4.3 单量子系统 |
| 1.5 稀土掺杂晶体 |
| 第2章 量子存储方案 |
| 2.1 光子回波 |
| 2.1.1 自旋回波 |
| 2.1.2 ROSE |
| 2.2 原子频率梳方案 |
| 2.2.1 自旋波的原子频率梳 |
| 2.2.2 斯塔克调制的原子频率梳 |
| 2.3 总结 |
| 第3章 Kramers离子自旋哈密顿量的测定 |
| 3.1 稀土离子的自旋哈密顿量 |
| 3.1.1 non-Kramers离子的自旋哈密顿量 |
| 3.1.2 Kramers离子的自旋哈密顿量 |
| 3.2 光谱烧孔技术 |
| 3.3 ~(143)Nd~(3+):Y_2SiO_5光学基态自旋哈密顿量的测定 |
| 3.4 实验和模拟 |
| 3.5 总结 |
| 第4章 可集成固态量子存储 |
| 4.1 铌酸锂波导 |
| 4.2 聚焦离子束刻蚀 |
| 4.3 飞秒光微加工 |
| 4.4 飞秒光微加工光波导的分类 |
| 4.4.1 Ⅰ型光波导 |
| 4.4.2 Ⅱ型光波导 |
| 4.4.3 Ⅲ型光波导 |
| 4.4.4 Ⅳ型光波导 |
| 4.5 总结 |
| 第5章 光波导的飞秒光微加工和优化 |
| 5.1 飞秒光微加工系统简介 |
| 5.2 Ⅱ型光波导的加工和优化 |
| 5.2.1 光波导的耦合 |
| 5.2.2 光波导的传输损耗 |
| 5.2.3 光波导的低温测试 |
| 5.3 总结 |
| 第6章 Ⅱ型光波导中高保真度的相干光存储 |
| 6.1 实验装置 |
| 6.2 样品的加工 |
| 6.3 样品的测试 |
| 6.4 实验结果 |
| 6.4.1 ROSE存储 |
| 6.4.2 自旋波的原子频率梳存储 |
| 6.5 总结 |
| 第7章 Ⅳ型光波导量子存储器中量子比特的按需读取 |
| 7.1 实验样品的加工及测试 |
| 7.2 实验装置 |
| 7.3 测量直流斯塔克系数 |
| 7.4 实验结果 |
| 7.5 time-bin比特 |
| 7.6 脉冲序列 |
| 7.7 总结 |
| 第8章 总结及展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（6）稀土氯化物晶体生长及其光存储研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 第二章 背景理论 |
| 2.1 稀土离子性质 |
| 2.1.1 4f能级与4f-4f跃迁 |
| 2.2 存储方案 |
| 2.2.1 二能级系统 |
| 2.2.2 光与物质相互作用 |
| 2.2.3 光子回波 |
| 2.2.4 二能级AFC存储 |
| 2.2.5 自旋波AFC相位匹配 |
| 2.3 光学谐振腔设计 |
| 2.4 小结 |
| 第三章 实验技术 |
| 3.1 晶体生长技术 |
| 3.1.1 晶体生长概述 |
| 3.1.2 溶液晶体生长 |
| 3.1.3 水合稀土氯化物生长工艺 |
| 3.2 PDH锁腔技术 |
| 3.3 脉冲激光器 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 NdCl_3·6H_2O晶体光谱学性质研究 |
| 4.1 背景 |
| 4.2 NdCl_3·6H_2O晶体 |
| 4.3 吸收谱测试 |
| 4.4 ~4I_(9/2)→~4F_(3/2)跃迁的偏振依赖特性 |
| 4.5 荧光测试和非辐射跃迁 |
| 4.6 讨论 |
| 4.7 小结 |
| 第五章 基于EuCl_3·6H_2O晶体的光存储 |
| 5.1 背景 |
| 5.2 EuCl_3·6H_2O晶体 |
| 5.3 相干时间 |
| 5.4 原子频率梳光存储 |
| 5.5 ~7F_0→~5D_0跃迁频率的温度响应 |
| 5.6 小结 |
| 第六章 中心频率稳定功率放大的激光脉冲产生装置 |
| 6.1 高速光开关 |
| 6.2 实验装置 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.4 功率放大的理论分析 |
| 6.5 小结 |
| 第七章 窄带纠缠光源 |
| 7.1 自发参量下转换 |
| 7.2 SPDC纠缠源 |
| 7.3 纠缠产生 |
| 7.4 纠缠交换 |
| 7.5 小结 |
| 第八章 软件开发 |
| 8.1 高斯光参数计算软件 |
| 8.2 温度控制程序 |
| 8.3 TimeTagger符合仪软件 |
| 8.4 模拟信号控制的低温腔磁场程序 |
| 第九章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（7）基于电磁诱导透明的线性与非线性光脉冲的存储、读取与分束（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 原子体系中光脉冲的存取与分束 |
| 1.2.1 电磁诱导透明与慢光孤子 |
| 1.2.2 原子体系中光脉冲的存储与读取 |
| 1.2.3 原子体系中的光分束器和路由器 |
| 1.2.4 暗态和暗态极化激元 |
| 1.3 固体介质中的电磁诱导透明与慢光 |
| 1.3.1 表面等离激元及其分束器 |
| 1.3.2 量子点中的电磁诱导透明和慢光 |
| 1.4 论文安排 |
| 第二章 慢光孤子分束器 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光与三脚架型原子的相互作用理论模型 |
| 2.3 探测光场的非线性包络方程及其慢光孤子传播 |
| 2.4 慢光孤子的存取与分束 |
| 2.4.1 慢光孤子的存储与读取 |
| 2.4.2 双光通道激发下的慢光孤子分束器 |
| 2.4.3 多光通道激发下的慢光孤子分束器 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 高效可控的表面极化激元分束器 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 光与掺杂量子发射体的相互作用理论模型 |
| 3.3 高效表面极化激元分束器 |
| 3.3.1 表面极化激元的线性色散关系 |
| 3.3.2 表面极化激元分束器 |
| 3.3.3 微波场调控下的表面极化激元分束器 |
| 3.3.4 表面极化孤子分束器 |
| 3.3.5 多通道激发下的表面极化激元分束器 |
| 3.3.6 表面极化激元路由器 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 慢光暗孤子及其存取与分束 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 光与三能级原子相互作用的理论模型 |
| 4.3 慢光暗孤子存储与读取 |
| 4.3.1 慢光暗孤子及其传播 |
| 4.3.2 慢光暗孤子的存储与读取 |
| 4.3.3 慢光暗孤子路由 |
| 4.4 光学Peregrine孤子的存储与读取 |
| 4.4.1 Peregrine孤子及其传播 |
| 4.4.2 Peregrine孤子的存储与读取 |
| 4.4.3 Peregrine孤子的分束 |
| 4.4.4 Peregrine孤子的路由 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 自旋轨道耦合下量子点中的单光子存储与路由 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 理论模型 |
| 5.2.1 自旋轨道耦合下量子点的能级结构和电偶极矩阵元 |
| 5.2.2 Heisenberg-Langevin-Maxwell方程 |
| 5.3 单光子的传播特性 |
| 5.4 量子点中的单光子的存储、读取与路由 |
| 5.4.1 单粒子波函数的运动方程 |
| 5.4.2 单光子波包的存储与读取 |
| 5.4.3 单光子波包的路由 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结和展望 |
| 6.1 研究工作总结 |
| 6.2 拟开展的进一步工作 |
| 附录A 第二章辅助材料 |
| A.1 非线性包络方程及其孤子解的推导 |
| A.2 方程(2.17)中参数的具体形式 |
| 附录B 第三章辅助材料 |
| B.1 麦克斯韦布洛赫方程 |
| B.2 利用微波场提高表面极化激元分束器效率的理论分析 |
| B.3 非线性包络方程的推导 |
| 附录C 第四章辅助材料 |
| C.1 三能级 Λ 型原子系统的布洛赫方程 |
| C.2 非线性包络方程中的参数表达式 |
| C.3 四能级双 Λ 型原子系统的哈密顿量和麦克斯韦布洛赫方程 |
| 附录D 第五章辅助材料 |
| D.1 Heisenberg-Langevin方程的表达式 |
| D.2 一些正文中的一些参数 |
| D.2.2 g~((2))(x, t_1, t_2)的表达式 |
| D.3 四能级双 Λ 型量子点的色散关系 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文 |
| 致谢 |
（8）基于里德堡原子的光子操控（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 量子信息简介 |
| 1.2 里德堡原子简介 |
| 1.2.1 里德堡原子性质 |
| 1.2.2 里德堡原子间的阻塞效应 |
| 1.2.3 里德堡原子研究进展 |
| 1.3 本论文主要工作 |
| 参考文献 |
| 第二章 里德堡原子的制备及电磁诱导透明 |
| 2.1 里德堡原子的制备 |
| 2.2 里德堡原子的电磁诱导透明 |
| 2.3 基于里德堡原子EIT的量子存储 |
| 2.4 小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 基于里德堡阻塞效应的纠缠光子开关 |
| 3.1 纠缠光源的制备 |
| 3.1.1 原子系统中纠缠光源的研究背景 |
| 3.1.2 窄带、高保真度偏振纠缠源的产生 |
| 3.1.3 自稳定性验证 |
| 3.1.4 光子源的纠缠特性 |
| 3.2 基于里德堡原子的光开关 |
| 3.2.1 光开关的研究背景 |
| 3.2.2 光开关的实验研究 |
| 3.3 小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 里德堡原子存储过程中的拉比振荡 |
| 4.1 里德堡原子拉比振荡的研究背景 |
| 4.2 里德堡原子存储过程中的拉比振荡 |
| 4.2.1 里德堡原子存储实验装置 |
| 4.2.2 存储过程中的拉比振荡模型 |
| 4.2.3 里德堡原子存储中的拉比振荡的实验研究 |
| 4.3 小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 两个里德堡原子系综之间的纠缠 |
| 5.1 系综纠缠的研究背景 |
| 5.2 两个里德堡原子系综纠缠的实验研究 |
| 5.2.1 实验光路 |
| 5.2.2 两个MOT中的里德堡存储过程 |
| 5.2.3 两个里德堡原子系综纠缠性验证 |
| 5.3 小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 里德堡极子间相互作用距离的研究 |
| 6.1 里德堡长程相互作用的研究背景 |
| 6.2 两个里德堡格点间的相互作用 |
| 6.2.1 两条分离路径下的里德堡存储 |
| 6.2.2 里德堡原子系统的非线性响应 |
| 6.2.3 极子间相互作用距离的研究 |
| 6.2.4 里德堡极子间相互作用对拉比振荡的影响 |
| 6.3 小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 总结和展望 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
（9）光量子存储及噪声特性的实验研究（论文提纲范文）
| 内容摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 光量子信息处理 |
| 1.2 光量子存储 |
| 1.2.1 光量子存储的应用 |
| 1.2.2 光量子存储的重要指标 |
| 1.2.3 光量子存储的不同方案及实验进展 |
| 1.3 立论依据以及全文结构 |
| 第二章 光量子存储的波形优化理论 |
| 2.1 存储过程的数学模型 |
| 2.2 原子系综中存储过程的动力学方程 |
| 2.2.1 单原子与光场相互作用的理论解析 |
| 2.2.2 光场演化与原子系综的连续性近似 |
| 2.2.3 原子的自发辐射与退相干 |
| 2.2.4 运动方程的一维近似和动量空间变换 |
| 2.3 理想存储过程的最优存储效率 |
| 2.3.1 最优存储效率的影响因素 |
| 2.3.2 理想存储过程动力学方程的求解 |
| 2.4 波形匹配实现最优存储效率 |
| 2.4.1 控制光场驱动的原子系综演化 |
| 2.4.2 绝热存储过程的最优解 |
| 2.4.3 绝热近似在不同存储方案中的适用 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 光量子实验测量技术基础 |
| 3.1 光场的量子态及其表示 |
| 3.1.1 粒子数态 |
| 3.1.2 相干态 |
| 3.1.3 热态 |
| 3.1.4 压缩态 |
| 3.1.5 Wigner函数 |
| 3.2 平衡零拍探测、光学层析与光场量子态重构 |
| 3.2.1 平衡零拍探测 |
| 3.2.2 还原光场量子态的两种方法 |
| 3.3 实验方案及结果 |
| 3.3.1 相位调制相干光的OHT实验 |
| 3.3.2 偏振自旋转产生压缩真空态的OHT实验 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 高效率、可变带宽的拉曼存储 |
| 4.1 拉曼散射及拉曼存储的背景介绍 |
| 4.2 光脉冲波形产生及控制系统 |
| 4.3 实验方案及结果 |
| 4.3.1 存储过程的效率优化 |
| 4.3.2 存储系统的噪声标定 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 存储过程中噪声的产生及抑制 |
| 5.1 修正的存储理论模型 |
| 5.2 存储过程的线性分束与噪声的双模压缩 |
| 5.3 利用SU(1,1)干涉相消实现噪声抑制 |
| 5.3.1 实验原理及理论解释 |
| 5.3.2 实验验证 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结和展望 |
| 附录A 奇异值分解 |
| 附录B 铷87原子的物理特性 |
| 附录C 拉曼散射过程中光场的偏振关系 |
| C.1 线偏振拉曼泵浦光 |
| C.2 圆偏振拉曼泵浦光 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学期间所取得的科研成果 |
| 致谢 |
（10）量子存储器间的远距离纠缠（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 量子信息基础 |
| 1.2 基于纠缠的量子通信 |
| 1.2.1 Ekert 91协议 |
| 1.2.2 量子隐形传态 |
| 1.3 量子中继 |
| 1.4 量子网络 |
| 1.5 实验发展 |
| 1.6 论文结构 |
| 第2章 冷原子量子存储原理 |
| 2.1 EIT存储 |
| 2.1.1 介质光学性质的调控 |
| 2.1.2 EIT量子存储 |
| 2.1.3 动力学过程 |
| 2.2 DLCZ存储 |
| 2.2.1 自由空间DLCZ存储 |
| 2.2.2 腔增强的DLCZ |
| 2.3 里德堡阻塞机制 |
| 2.3.1 里德堡相互作用 |
| 2.3.2 里德堡阻塞 |
| 第3章 高效率量子存储 |
| 3.1 冷原子系综制备 |
| 3.1.1 多普勒冷却 |
| 3.1.2 磁光阱 |
| 3.1.3 偏振梯度冷却 |
| 3.1.4 实验设置及参数 |
| 3.2 能级选取 |
| 3.3 环形腔 |
| 3.3.1 光路设计 |
| 3.3.2 腔模锁定 |
| 3.4 存储性能 |
| 3.4.1 量子关联 |
| 3.4.2 效率和寿命 |
| 3.4.3 纠缠度量 |
| 3.5 性能比较 |
| 第4章 非线性频率转换 |
| 4.1 非线性频率转换原理 |
| 4.1.1 非线性光学 |
| 4.1.2 耦合波方程 |
| 4.1.3 准相位匹配 |
| 4.2 周期性极化铌酸锂波导 |
| 4.2.1 周期性极化产生 |
| 4.2.2 波导结构 |
| 4.2.3 集成化波导结构 |
| 4.3 频率转换方案 |
| 4.4 频率转换光路及测试 |
| 第5章 基于双光子干涉的远距离纠缠 |
| 5.1 两种纠缠连接方案比较 |
| 5.2 实验装置 |
| 5.3 Qubit自由度转换 |
| 5.4 外场光纤 |
| 5.5 工作点优化 |
| 5.6 远距离纠缠结果 |
| 5.7 实验不完美性分析 |
| 第6章 基于单光子干涉的远距离纠缠 |
| 6.1 实验装置 |
| 6.2 相位锁定 |
| 6.2.1 锁相设置 |
| 6.2.2 长光纤相位稳定 |
| 6.2.3 频率转换及原子团处的相位 |
| 6.3 纠缠结果度量 |
| 6.4 实验不完美性分析 |
| 6.4.1 光子重合程度 |
| 6.4.2 锁相稳定性 |
| 6.4.3 锁相噪声 |
| 6.5 空间分离的激光设置 |
| 6.5.1 独立激光器相位 |
| 6.5.2 实验测试 |
| 6.5.3 相位统计中的问题 |
| 第7章 测量设备无关的量子存储器检验 |
| 7.1 测量设备无关存储器检验原理 |
| 7.2 实验设计 |
| 7.3 里德堡单光子源 |
| 7.4 EIT存储器 |
| 7.4.1 基本参数 |
| 7.4.2 读出信号形状优化 |
| 7.4.3 相位锁定及光路损耗 |
| 7.5 存储器检验 |
| 第8章 量子存储器性能的进一步提升 |
| 8.1 基于里德堡系综的纠缠产生及交换 |
| 8.1.1 里德堡系综操作的量子线路表示 |
| 8.1.2 确定性纠缠产生 |
| 8.1.3 原子内部的纠缠交换 |
| 8.2 基于拉曼光的自旋波操作 |
| 8.2.1 Qubit的长寿命存储 |
| 8.2.2 有腔情况下的拉曼光布局 |
| 8.2.3 自旋回波的多模存储 |
| 第9章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
四、量子存储(Quantum memory)（论文参考文献）
- [1]通信波段稀土离子掺杂固态量子存储进展[J]. 李城,敬波,廖金宇,陈钰洁,宋日尧,张天乐,宋海智,周强. 激光技术, 2022(01)
- [2]多模长寿命光与原子量子记忆纠缠产生的研究[D]. 王圣智. 山西大学, 2021(01)
- [3]倏逝场在原子介质中非线性传播特性研究[D]. 周勇. 山东师范大学, 2021
- [4]长寿命相干光存储器[D]. 马钰. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [5]基于飞秒激光直写的可集成固态量子存储器研究[D]. 刘超. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [6]稀土氯化物晶体生长及其光存储研究[D]. 李宗峰. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [7]基于电磁诱导透明的线性与非线性光脉冲的存储、读取与分束[D]. 寿翀. 华东师范大学, 2021(12)
- [8]基于里德堡原子的光子操控[D]. 于溢琛. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [9]光量子存储及噪声特性的实验研究[D]. 冯啸天. 华东师范大学, 2020(02)
- [10]量子存储器间的远距离纠缠[D]. 于勇. 中国科学技术大学, 2020(01)