收藏本站
《华东师范大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

铷原子系综中实现高性能拉曼量子存储的实验研究

郭进先  
【摘要】:在量子信息和量子计算领域中,量子态的存储和提取,也就是量子存储,一直是其中至关重要的部分。过去,人们通常在原子系综或者类原子系综介质中进行研究。目前,原子系综在量子存储领域同样扮演者重要角色,因为原子系综具有不可比拟的高耦合效率和可操控性等特性。具有高光学密度的原子系综不仅能够实现量子态的制备,还能够实现高效的量子态转换和存储。因此具有高光学密度的原子系综和光场的相互作用,一直以来受到人们的关注。经过几十年的研究,提出了许多能够用于真正量子态存储的高效率存储方案,其中包括:电磁诱导透明存储,远共振拉曼存储,梯度光子回波存储,法拉第旋转存储方案等等。在这些原子系综实现量子存储的方案中,拉曼散射由于其高带宽,高速,具有多摸存储能力而受到关注。过去对原子系综拉曼散射和拉曼存储实验和理论进行过大量的研究,也取得了一定的成果。虽然拉曼散射和拉曼存储在理论上完全能够实现高效率的量子过程,但是相比于上述其余几种方案,在实验中一直未能真正实现。在这样的背景下,我们重点研究了如何在铷87原子系综中实现高效光与原子之间量子态的转换。本文中利用高光学密度原子系综拉曼效应演示了光与原子间的态转换,同时深入研究了高效转换条件。利用前人的成果,我们进行了如下研究:1.基于拉曼散射的关联特性,我们研究了利用自发拉曼过程在原子系综中写入相位信息,并在随后的读取过程中实现光相位信息的读取。实验中,我们利用一套简单关联系数探测实现自发拉曼信号随机相位的过滤,将光相位信号写入原子自旋波中。并且利用高阶相位关联测量从自旋波中提取存储的相位信息,实现了光学相位的随机编码存储和解码提取。2.在上述实验的基础上,我们进一步利用拉曼散射中光与原子相互作用的关联特性,重点研究了拉曼散射中影响提取效率的因素。实验中,我们研究了拉曼读取过程中影响读取效率的因素。特别的,我们发现实验中自发写入过程产生的多模效应会对读取效率的影响,并从理论上证明了模式对于拉曼读取的重要性。3.在研究了模式的影响后,我们利用相干反馈机制实现了自发拉曼散射的模式清洁,并且实现了 90%的拉曼读取效率。利用相干反馈机制产生的自发拉曼散射具有良好的空间特性,能够保证高效的读取和信息转换。不仅如此,我们对比了正常的拉曼读取过程和相干反馈拉曼读取过程,发现相干反馈装置不仅仅提高了读取效率,还能够降低系统噪声,实现更好的关联性。4.在实现了高效率原子自旋波信息读取的基础上,我们对高效远共振拉曼存储进行了实验上的研究。在拉曼存储过程中,我们首次在实验上通过对控制光场的时间波形优化,实现了传统原子系综拉曼存储的突破。实验上,我们不仅实现了高效的拉曼存储,还测量了弱光子条件下的无条件保真度,证明了我们的系统能够实现真正的量子态存储。5.在此基础上,我们加入了相干反馈机制,在保证量子效率和量子保真度不变的情况下实现了带反馈的拉曼存储系统。这样的量子存储系统降低了通常拉曼存储所需要的光强和原子密度的条件,对于进一步实现量子存储的实用化有着重要作用。这些研究工作对于实现高效高保真可实用化的量子信息转换器件有着重要作用,有利于量子信息以及量子计算的实用化。
【关键词】:拉曼散射 量子存储 相干反馈 高效率 高保真度 关联
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O413;TP333
【目录】:
  • 摘要6-8
  • ABSTRACT8-15
  • 第一章 绪论15-33
  • 1.1 研究背景15-23
  • 1.1.1 基于拉曼散射的DLCZ方案简介15-18
  • 1.1.2 基于量子存储的改进DLCZ方案简介18-20
  • 1.1.3 量子存储技术及发展历史简介20-23
  • 1.2 拉曼研究简介23-29
  • 1.2.1 三维拉曼散射简介23-27
  • 1.2.2 拉曼存储和读取简介27-29
  • 1.3 立论依据以及全文结构29-33
  • 第二章 拉曼散射实现随机相位编码存储和解码读取33-47
  • 2.1 背景介绍33-35
  • 2.1.1 信息编码存储与解码读取33-34
  • 2.1.2 高阶关联测量34-35
  • 2.2 理论描述35-40
  • 2.2.1 编码写入过程35-37
  • 2.2.2 解码读取过程37-40
  • 2.3 实验展示及实验结果分析40-45
  • 2.4 小结45-47
  • 第三章 空间模式匹配对拉曼散射读取效率的影响47-59
  • 3.1 背景介绍47-49
  • 3.2 实验展示和结果分析49-55
  • 3.2.1 实验装置和实验能级49-50
  • 3.2.2 相干读取实验结果分析50-52
  • 3.2.3 非相干衰减对读取效率的影响52-53
  • 3.2.4 多模效应对读取效率的影响53-55
  • 3.3 理论解释55-57
  • 3.4 小结57-59
  • 第四章 利用相干反馈的高效拉曼转换系统实现空间模式清洁器59-69
  • 4.1 背景介绍59-61
  • 4.2 实验展示61-62
  • 4.3 结果分析62-67
  • 4.4 小结67-69
  • 第五章 利用时间波形优化实现高性能拉曼存储69-93
  • 5.1 拉曼存储发展简介69-70
  • 5.2 拉曼存储理论简介70-82
  • 5.2.1 拉曼存储演化方程70-75
  • 5.2.2 存储方程的绝热近似解75-77
  • 5.2.3 拉曼存储波形优化77-79
  • 5.2.4 拉曼存储的损耗效应和噪声79-82
  • 5.3 利用波形优化实现高品质拉曼存储82-91
  • 5.3.1 实验实现82-85
  • 5.3.2 结果分析85-91
  • 5.4 小结91-93
  • 第六章 相干反馈实现高效高保真的拉曼存储93-111
  • 6.1 相干反馈拉曼存储理论介绍93-104
  • 6.1.1 相干反馈拉曼存储演化方程93-101
  • 6.1.2 方程的数值求解和结果分析101-104
  • 6.2 相干反馈拉曼存储的实验实现104-109
  • 6.2.1 相干反馈拉曼存储实验装置描述105-106
  • 6.2.2 实验结果讨论106-109
  • 6.3 小结109-111
  • 第七章 总结与展望111-115
  • 7.1 总结111-112
  • 7.2 展望112-115
  • 附录A 数值模拟方法115-123
  • A.1 波谱法求解微分方程116-119
  • A.2 龙格库塔法求解微分方程119-120
  • A.3 边界条件及方程求解120-123
  • 附录B 利用拍频信号实现GHz相位差锁定123-131
  • B.1 锁定原理123-125
  • B.2 锁定装置及其参数调节125-131
  • 附录C 利用光学平衡零拍探测实现量子态密度矩阵重构131-137
  • C.1 光学平衡零拍探测弱光子态131-134
  • C.2 最大似然法实现量子态密度矩阵重构134-137
  • 参考文献137-149
  • 攻博期间发表的科研成果目录149-151
  • 致谢151

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 ;两维拉曼成象[J];国外激光;1994年05期
2 赵金涛,张鹏翔,陈大鹏,张燕,路帆,谢虎,李虹;显微拉曼技术对毒品检测分析的研究[J];光谱学与光谱分析;1999年06期
3 陈勇,周瑶琪,章大港;几种盐水溶液拉曼工作曲线的绘制[J];光散射学报;2002年04期
4 刘国志,赵金涛,徐存英,段云彪,张鹏翔;麻黄素和左旋咪唑显微拉曼测试分析[J];光谱学与光谱分析;2002年02期
5 余向阳,黄群健,罗琦,李晓原,严以京;苯、吡啶及吡嗪分子的超拉曼和表面增强超拉曼光谱[J];红外与毫米波学报;2003年01期
6 张鼐;张大江;张水昌;张蒂嘉;;在-170℃盐溶液阴离子拉曼特征及浓度定量分析[J];中国科学(D辑:地球科学);2005年12期
7 刘照军;陶亚萍;;拉曼光谱成像技术新进展及其应用[J];现代仪器;2009年05期
8 于刚,孙来成,华宣璋,何林涛;自行组装激光拉曼分光计的微机化拉曼光谱图的改善[J];光谱学与光谱分析;1987年04期
9 程光煦;陈坤基;夏桦;张维;张杏奎;储浩玉;;薄膜无序材料微结构的拉曼研究[J];光散射学报;1992年02期
10 蒋毅坚,张鹏翔;古画颜料鉴定的新技术──显微拉曼探针[J];物理;1993年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 吴世法;刘琨;李亚琴;潘石;;蛋白质组近场拉曼分子指纹分析技术[A];中国蛋白质组学第三届学术大会论文摘要[C];2005年
2 任斌;王喜;庄目德;;基于光纤拉曼的针尖增强拉曼光谱技术[A];第十四届全国分子光谱学术会议论文集[C];2006年
3 李发帝;段国韬;郑伟;;偏振拉曼实验技术研究[A];第十七届全国光散射学术会议摘要文集[C];2013年
4 樊海明;;金纳米星的荧光和表面增强拉曼双模态生物成像[A];第十七届全国光散射学术会议摘要文集[C];2013年
5 李丹;李大伟;龙亿涛;;基于循环电化学沉积和溶出法制备的新型表面增强拉曼活性基底[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
6 易润芳;周晓东;胡继明;;基于无修饰适配子的高灵敏拉曼探针检测研究[A];中国化学会第十届全国发光分析学术研讨会论文集[C];2011年
7 张怀金;王继扬;王正平;邵宗书;蒋民华;;几种拉曼晶体的生长和性能研究[A];第14届全国晶体生长与材料学术会议论文集[C];2006年
8 徐怡庄;孙文秀;陶栋梁;吴瑾光;宋增福;翁诗甫;许振华;徐端夫;徐光宪;;一种新的拉曼增强机理[A];第十二届全国分子光谱学学术会议论文集[C];2002年
9 张朝晖;王志刚;;超高真空拉曼光学显微镜及应用研究[A];第十七届全国光散射学术会议摘要文集[C];2013年
10 温锦秀;张洪波;陈焕君;张卫红;陈建;;基于金-银核壳纳米棒柔性基底的表面增强拉曼技术[A];第十七届全国光散射学术会议摘要文集[C];2013年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者韦良俊;也拉曼水库今日开工[N];阿勒泰日报;2010年
2 记者 吕文婷;也拉曼水库建设工地速描[N];阿勒泰日报(汉);2011年
3 萧遥叶滨;让奥运会成为中国迈向“世界办公室”的机会[N];第一财经日报;2007年
4 本报专稿 郭懿芝;希腊最年轻的总理卡拉曼利斯[N];世界报;2007年
5 刘霞;拉曼激光能探出癌症初发迹象[N];科技日报;2010年
6 记者张辉;也拉曼水库建设项目将正式签约[N];阿勒泰日报;2010年
7 记者 张彦莉 彭文明;也拉曼水库加紧建设[N];新疆日报(汉);2011年
8 记者 郝静;水库改变也拉曼人生活[N];阿勒泰日报(汉);2010年
9 杜文杰;美利坚防线坚固吗?[N];中国体育报;2006年
10 记者 张愎 实习记者 张岚;赛思·卡拉曼:未来20年股市可能“零回报”[N];第一财经日报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 沈洪斌;基于晶体受激拉曼散射的双波长激光器与新型钠黄光激光器研究[D];山东大学;2015年
2 谭逸斌;覆膜微针尖与原位细胞拉曼检测系统的研制[D];东南大学;2015年
3 金怀洲;人体血清表面增强拉曼光谱检测及在肺癌筛查中的应用研究[D];中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;2017年
4 郭进先;铷原子系综中实现高性能拉曼量子存储的实验研究[D];华东师范大学;2017年
5 阮华;在线拉曼分析系统关键技术研究与工业应用[D];浙江大学;2012年
6 徐洋;多波长皮秒受激拉曼激光的研究[D];北京工业大学;2014年
7 苏乐;拉曼散射技术在单细胞检测中的应用[D];武汉大学;2013年
8 臧可;高阶光纤拉曼放大器的特性研究[D];北京邮电大学;2013年
9 李占龙;β-胡萝卜素分子结构有序性对拉曼散射截面影响的研究[D];吉林大学;2009年
10 王焕茹;分子拉曼峰强中的电子结构信息与激发振动态共振的研究[D];清华大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵泽钢;直拉硅单晶压痕位错的运动[D];浙江大学;2015年
2 朱莎;静电相互作用的固相微萃取与表面增强拉曼联用技术用于阴离子型污染物的现场检测[D];山东大学;2015年
3 李志成;表面增强拉曼光谱检测β受体激动剂的研究[D];广西大学;2015年
4 祁新迪;新型拉曼探针的制备及其在肿瘤标志物检测中的应用[D];青岛科技大学;2015年
5 武艳英;表面增强拉曼信号放大传感分析方法在重大疾病相关活性分子检测中的应用[D];青岛科技大学;2015年
6 郑栓;拉曼活性银基底的制备与表征[D];扬州大学;2015年
7 隋永鹍;基于介孔二氧化钛的拉曼生物传感器的研究[D];青岛科技大学;2016年
8 李敬钰;基于介孔二氧化钛复合材料拉曼免疫传感器的研究及介孔二氧化锡光电性质初探[D];青岛科技大学;2015年
9 翟潇墨;表面增强拉曼信号放大生物传感方法在生物活性分子检测中的应用[D];青岛科技大学;2016年
10 陈晨;乙腈及乙腈—水二元体系的高压拉曼研究[D];吉林大学;2016年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026