Full Characterization of a Cavity Electromagnetically Induced Transparency Based Quantum Gate

腔体电磁感应透明量子门的全面表征

基本信息

  • 批准号:
    1404398
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 51.1万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-09-01 至 2018-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The field of quantum information science is an intensely pursued research area due to the technological impact that a realized quantum computer would have. The availability of a trustworthy quantum processor would revamp numerous aspects of science and engineering, including the optimization of chemical reactions, the development of ultra-secure communication channels, and the materialization of powerful computers. After nearly twenty years of experimental research, technologies have emerged that may serve as the elementary building blocks for a quantum processor. Among these are technologies associated with the interaction of photons and atoms. The supported research group aims to develop a milestone towards building a quantum processor: the realization of an interface between two single photons and atoms in a configuration designed to perform logic operations at the quantum level.The goal of this work is to fully characterize a proof of principle system capable of a two-qubit operation using light. To accomplish this goal the supported research group will interface two of the most powerful tools in quantum optics; that of cavity quantum electrodynamics (cavity QED) for strong light-matter coupling and electromagnetically induced transparency (EIT) to allow control of large optical nonlinearities. The research program will pursue two primary objectives. First, the group will finish construction of the first experimental setup in which two cavities are coupled simultaneously to a 87Rb ensemble, thereby creating an interaction medium for two independent optical modes (qubits). Under EIT conditions, the cavity fields will experience an enhanced interaction strength permitting the observation of nonlinear effects using single-photon fields, the essential component of a quantum optical gate. Once achieved, the second objective is to fully characterize the gate operation using a technique known as coherent state quantum process tomography (csQPT). This tool allows the characterization of quantum optical processes, such as gates, using only coherent states which are readily available from a common laser source.
由于实现的量子计算机将产生技术影响,量子信息科学领域是一个备受关注的研究领域。值得信赖的量子处理器的出现将改变科学和工程的许多方面,包括化学反应的优化、超安全通信通道的开发以及强大计算机的实现。经过近二十年的实验研究,可以作为量子处理器基本构建模块的技术已经出现。其中包括与光子和原子相互作用相关的技术。受支持的研究小组旨在开发构建量子处理器的里程碑:在设计用于在量子级别执行逻辑运算的配置中实现两个单光子和原子之间的接口。这项工作的目标是充分表征证明能够使用光进行两个量子位操作的原理系统。为了实现这一目标,受支持的研究小组将连接量子光学领域最强大的两种工具:腔量子电动力学(腔 QED)用于强光-物质耦合和电磁感应透明(EIT),以允许控制大的光学非线性。该研究计划将追求两个主要目标。首先,该小组将完成第一个实验装置的构建,其中两个腔同时耦合到 87Rb 系综,从而为两个独立的光学模式(量子位)创建交互介质。在 EIT 条件下,腔场将经历增强的相互作用强度,从而允许使用单光子场(量子光门的基本组成部分)观察非线性效应。一旦实现,第二个目标是使用称为相干态量子过程断层扫描(csQPT)的技术来全面表征门操作。该工具允许仅使用可从常见激光源轻松获得的相干态来表征量子光学过程(例如门)。

项目成果

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  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    A. Lvovsky

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