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量子光学器件

量子光学器件

纠结的原子–按需创建的光子对

20 Jun 2013 哈米什约翰斯顿
要求纠缠

可以生产原子的第一个系统–Photon纠缠了按需成对,是美国物理学家建造的。该设置使用超级超自眼的1D光学晶格来发射单个光子。然而,与之前的实验不同,其中原子的量子状态在光子发射后立即被破坏,原子状态凸起并且与光子缠结。系统的另一个重要特征是它是确定性的,产生纠缠态的需求。可以一起利用这些属性来创建用于处理和分发量子信息的网络。

纠缠是一种纯粹的量子机械现象,允许两个颗粒具有比古典物理学所允许的更紧密的关系。在量子信息系统中可以利用这种关系,物理学家热衷于创建可用于实际应用中的纠缠系统。特别是,研究人员希望纠缠光学光子–这可以携带超过数百公里的量子信息–具有稳定的固定量子位(Qubits),例如被截留的原子。然而,问题是,通过可靠的方式获得光子与这种静止夸张相互作用。

阻塞原子

Rydberg在Ultracold原子的集合中提供了一种前进的方式,因为这些高度兴奋的状态非常强烈地与光线相互作用。它们与Rydberg原子很像,其中一个电子被升高到非常高的能量状态。然而,在这种情况下,电子与一个特定原子无关,而是与整个集合有关。由于良好的效果“Rydberg励磁封锁”,在集合中只能发生一个Rydberg状态,这确保了仅发出或吸收单个光子。

虽然物理学家以前能够使用Rydberg状态存储和发出光子,但任何缠结都不忍受到足以测量的原子。现在,佐治亚理工学院的亚历克斯库米奇和同事提出了一种纠缠了光子和雷德伯格州的方法相对较长的时间。

实验开始于将Rubidium-87原子的气体冷却至微型温度。然后打开激光场,以产生含有约500的1D光学晶格 一条线的原子。然后通过用激光脉冲划分它来放置在集体Rydberg状态中。然后在集合中烧制更多脉冲以产生光子和a的缠结状态“spin-wave”留在原子合奏中的状态。

然后测量发射的光子的相位。为了确认光子与原子集合缠结,在原子中烧制了更多的脉冲,使它们发出旋转波状态特征的第二光子。

相相关

测量该第二光子的相位并且通过多次重复该过程,确定两个光子的相之间的相关性。该团队发现相关性大于经典物理学允许的相关性,因此光子和原子合奏被缠结。

通过改变两张光子的排放之间的延迟,该团队能够解决纠缠在原子合奏中持续的长度–研究人员计算出几微秒。虽然这没有声音,但是允许光子行进几百米,这意味着几种这样的原子集合可以在实验室中连接在一起,以创建用于处理量子信息的简单电路。

系统的一个重要特征是纠缠是确定性的–至少原则上。这意味着每次可以使用完美的实验设置来实现一次进程会创建一个纠缠的配对。这与许多用于创造纠缠的其他方案不同,这是固有的概率,并且每次都无法提供纠缠状态。系统的另一个重要特征是它可以产生多达5000 每秒缠结光子–比以前的系统使用Rydberg状态的一千次。

启用量子网络

这些特征在一起表明,可以连接多个这样的源以创建用于处理量子信息的多个视频网络。“Such atom–光纠缠可能对于未来的工作来实现分布式量子系统的实现,这可以应用于量子通信,计算或类似的任务,” says Kuzmich.

英国达勒姆大学查尔斯亚当斯介绍了这项工作“groundbreaking” and “朝向量子网络实现的关键进步”.

Kuzmich及其同事现在正在努力改善用于持有原子的陷阱,这应该增加纠缠持续的时间。

实验描述于 自然.

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者