多能级原子系综中双通道自旋极化干涉效应的实验研究

利用电磁感应透明（EIT）动力学过程将光量子信息转化为原子自旋极化，即将光量子信息存储在原子中实现光量子存储，是量子网络中继的关键，近来引起人们的广泛关注。本项目将利用四能级Tripod系统中的Double-EIT(双EIT)效应进行双通道存储及两通道恢复信号间的干涉实验研究。通过光学泵浦将冷原子制备在所需Zeeman子能级上，并利用合适的圆偏振光与原子不同Zeeman子能级作用，构成四能级Tripod系统。在该系统中，获得Double EIT窗口，并将光场信息转化为原子两个通道的自旋极化，实现双通道存储。在此基础上，读出两个通道的原子自旋极化信号，并研究读出信号间的干涉效应。该课题将为实现光与原子的纠缠以及进行高保真度的任意偏振光存储提供基础。

量子存储是量子信息科学领域的一项关键技术，是构建量子中继器，实现远距离量子通讯的基础。本项目在87Rb冷原子系综中利用电磁感应透明效应（EIT）将光转化为原子的自旋极化，进而存储在原子中。在光存储的基础上，我们通过态制备技术将原子制备到单一的Zeeman子能级上，选择合适圆偏振的探针光、耦合光1和耦合光2与原子作用，形成四能级Tripod型系统。在这个系统中存在两个存储通道，我们对这两个存储通道原子自旋极化的干涉进行了研究，通过控制两束读光的相对相位实现了两个自旋极化相对相位的改变，在实验上观察到了两通道自旋极化的相长和相消干涉，干涉对比度超过了90％.通过对larmor进动产生的两通道自旋极子的相位差进行补偿，存储寿命达到了90微秒。另外，在这个工作的基础上，我们还在实验上实现了原子系综中自旋波矢量在Bloch球上的任意旋转操控。本项目共发表论文十余篇，其中Phys. Rev. A 两篇。培养硕士研究生5名。本项目的完成为实现光与原子纠缠以及进行高保真度的任意偏振光存储提供了实验基础。