電磁誘起透明化を用いた単一光子状態の保存と再生の実現

利用电磁感应透明度实现单光子态的保存和再现

基本信息

批准号：
05J08559
负责人：
秋葉圭一郎
金额：
$ 1.73万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05J08559/
关键词：
量子光学量子情報非線形光学光子統計量子干渉効果

项目摘要

本研究は、電磁誘起透明化(EIT)を用いてパラメトリック蛍光(PF)を条件付き単一光子として利用し、これを原子集団に保存し再生することを目的としている。この実現にあたり、広帯域なPFと狭帯域な原子系の周波数幅の不一致という問題がある。昨年度、EITによる周波数フィルタ型の保存と再生を提案し実行することで、周波数幅の不一致を回避しPFの保存と再生に成功し、また、PFの周波数狭窄化を行うことによって、周波数幅不一致の問題を解消した。ここで、冷却原子集団作製系の改良が可能であることがわかり、また、保存再生における非古典性保持の検証が課題として残った。最終年度である今年度は、まず、冷却原子集団作製系を改良した。これにより、磁場による原子状態の破壊を大きく低減した。また、平行して、周波数狭窄化したPFの条件付き単一光子性を評価した。実験結果は条件付き単一光子が得られたことを示し、原子と相互作用し、かつ原子系と齟齬のない単一光子という量子情報処理に有用な光源の生成に成功した。次に、課題として残っている非古典性保持の検証を行うため、非古典性検証の不等式を導入した。これは、単一モードのPFの非古典性評価に関して、これまでにない汎用性の高いものである。この不等式を用いて、EITによる周波数狭窄化したPFの保存と再生を行い、非古典性保持の検証を行った。実験結果は、入力、出力ともに非古典性を示し、非古典光の保存と再生を実現した。この結果は、量子情報処理において通例的に用いられる非古典光の保存と再生であり、量子メモリ、非古典光の操作、非古典原子集団状態の生成を可能とする要素技術の確立を意味する。最後に、条件付き単一光子の保存と再生の実験を行った。統計誤差の問題はあるが単一光子の保存と再生に成功した。よって、目的とした単一光子の保存と再生が実現でき、これは量子情報処理の大きな一歩となる。

本研究旨在利用电磁感应透明 (EIT) 将参量荧光 (PF) 作为条件单光子，将其存储在原子群中并进行再现。在实现这一点时，存在宽带PF和窄带原子系统之间频率宽度不匹配的问题。去年，通过提出并实施使用EIT的频率滤波器式存储和再生，我们成功地解决了PF的保存和再生，同时避免了频率宽度不匹配的问题。在这里，人们发现可以改进产生冷原子系综的系统，并且在保存和复制过程中验证非经典性的保存仍然是一个问题。今年，也就是项目的最后一年，我们首先完善了冷原子量产系统。这大大减少了磁场对原子态的破坏。同时，我们评估了窄频 PF 的条件单光子性质。实验结果表明，获得了条件单光子，我们成功地产生了与原子相互作用且符合原子系统的单光子，这是一种可用于量子信息处理的光源。接下来，为了验证非经典性的保存（这仍然是一个问题），我们引入了一个不等式来验证非经典性。这是一种前所未有的通用方法，用于评估单模 PF 的非经典性。利用这个不等式，我们使用 EIT 保留并重新生成了窄频 PF，并验证了非经典性的保留。实验结果表明，输入和输出均为非经典光，实现了非经典光的保存和再现。这一结果表明了量子信息处理中常用的非经典光的保存和再现，以及实现量子存储、非经典光操纵和非经典原子集体生成的基本技术的建立。状态。最后，我们进行了条件单光子存储和再生的实验。尽管存在统计误差的问题，我们还是成功地存储和复制了单光子。因此，可以实现所需的单光子存储和再生，这是量子信息处理的一个重要步骤。