【摘要】：光子與物質(zhì)系統(tǒng)互相作用是構(gòu)建基于量子中繼的長距離量子網(wǎng)路的基本要求,這些量子網(wǎng)路可以克服光子傳輸過程中隨著距離降低訊號指數(shù)衰減的問題,因而降低糾纏分發(fā)的距離。由于長的相干時間和寬的儲存帶寬,固態(tài)的稀土參雜晶體成為能可靠儲存光子的量子儲存器。研究這些固態(tài)量子儲存的工作包括發(fā)展適用于儲存晶體的量子光源和提高量子儲存器性質(zhì)等。在這篇論文中,我們研究了兩種分別適用于Nd~(3+):YVO_4和Pr~(3+):儲存晶體的量子光源,據(jù)悉我們還探求了提高Pr~(3+):晶體載流子波儲存效率的辦法。本文的主要內(nèi)容包括:1.我們第一次發(fā)覺了在帶寬受限時,自發(fā)熱阻下轉(zhuǎn)換形成光子軌道角動量高維糾纏過程中會出現(xiàn)相位匹配的問題。這些相位匹配問題是因為拉蓋爾高斯模式的空間發(fā)散引發(fā)的。我們通過追蹤拉蓋爾高斯模式的空間發(fā)散設(shè)計了一種年輪型的準相位匹配晶體。借助這些晶體可以提高窄帶的軌道角動量糾纏的維度和糾纏態(tài)的質(zhì)量。這些糾纏可以被儲存到Nd~(3+):YVO4晶體中量子傳輸速率量子傳輸速率,也可以在未來基于高維糾纏的網(wǎng)路中發(fā)揮作用。2.我們搭建了一套基于腔提高熱阻下轉(zhuǎn)換的超窄帶量子光源。這些超窄帶非簡并光子對的線寬大概為2MHz,其中閑置光子波長為c-波段通信窗口光子,訊號光子波長為606nm,適用于Pr~(3+):晶體量子儲存。據(jù)悉,我們還實現(xiàn)了通信波段預(yù)報的加載軌道角動量量子比特的單光子儲存。3.我們在原子頻度梳儲存方案中實現(xiàn)了第一個反向讀出訊號的實驗,實驗使用的儲存晶體Pr~(3+):晶體。這些方案原則上可以解決正向讀出時訊號重復(fù)吸收的問題。反向的訊號讀出是借助一對空間上方向相反的控制光脈沖來實現(xiàn)的。我們還在固態(tài)體系中驗證了時間-反轉(zhuǎn)循環(huán)優(yōu)化輸入脈沖波形的操作,觀察到了脈沖波形優(yōu)化帶來的儲存效率的提高。
