Robust Matter-Light Entanglement Generation and Distribution

鲁棒的物质-光纠缠的产生和分布

基本信息

  • 批准号:
    1105994
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 59万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2011
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2011-09-01 至 2013-10-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

A program of investigations of generation, storage, and distribution of quantum information, using individual photons and trapped ultra-cold atoms will be continued. Work in our group has previously demonstrated entanglement of spin-wave hyperfine qubits to optical qubits encoded in the polarization, spatial or frequency degrees of freedom of single photons, as well as entanglement of two remote spin-wave qubits. Most recently, quantum memory times have been extended beyond 0.1 seconds and low-noise, high-efficiency wavelength conversion between telecom and storable fields achieved. This opens a path toward long-distance atomic entanglement using light propagation in optical fibers. However to date, the success probability of the entanglement generation protocols in a given trial is always very small, as the light fields contain a large vacuum component. By exploiting the physics of Rydberg atom interactions the success probability will be increased by a factor of up to one thousand, fast, efficient deterministic single photon sources will be created, quantum gates between qubits encoded in trapped ultra-cold atoms implemented, and storage of entangled quantum states with lifetimes in excess of 1 second achieved. This activity will expedite the development of a new generation of capabilities for creation, distribution and storage of multi-qubit entangled states and contribute to future implementations of long-distance quantum repeaters and distributed quantum computing. Moreover efficient production of multi-qubit entangled states will impact fundamental physics investigations and advance quantum-enhanced technologies. The research will have a significant influence on the future development of quantum information processing, resulting in the development of new tools for light-matter entanglement generation and distribution. The project will involve extensive graduate and undergraduate student training and participation.
使用单个光子和捕获的超冷原子来研究量子信息的生成、存储和分布的计划将继续进行。我们小组之前的工作已经证明了自旋波超精细量子位与以单光子的偏振、空间或频率自由度编码的光学量子位的纠缠,以及两个远程自旋波量子位的纠缠。最近,量子存储时间已延长至 0.1 秒以上,并实现了电信领域和可存储领域之间的低噪声、高效率波长转换。这为利用光纤中的光传播实现长距离原子纠缠开辟了道路。然而迄今为止,在给定的试验中纠缠生成协议的成功概率总是非常小,因为光场包含很大的真空成分。通过利用里德伯原子相互作用的物理原理,成功概率将增加多达一千倍,将创建快速、高效的确定性单光子源,实现在捕获的超冷原子中编码的量子位之间的量子门,并存储实现了寿命超过 1 秒的纠缠量子态。 这项活动将加快新一代多量子位纠缠态创建、分配和存储能力的开发,并为未来长距离量子中继器和分布式量子计算的实现做出贡献。此外,多量子位纠缠态的有效产生将影响基础物理研究并推进量子增强技术。该研究将对量子信息处理的未来发展产生重大影响,从而开发光物质纠缠生成和分布的新工具。该项目将涉及广泛的研究生和本科生培训和参与。

项目成果

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