基于EIT增强非线性效应的C-Sign门理论研究

Implementation of quantum logic for two photonic qubits is one the key problems for optical quantum information processing. This project will conduct theoretical reseach on physical implementation of C-Sign gate utilizing Cross Phase Modulation(XPM) enhanced by double Electromagnetically Induced Transparency (DEIT) effect:. We will, design physical model for simultaneously realizing DEIT and XPM effects and implement it within cold atom ensemble or atom ensemble in Cavity; propose a theoretical scheme for realizing PI Uniform Cross Phase Shift(UXPS) and conduct both analytical and numerical analysis to the propagation and interaction of the twin multi-mode photonic qubits along the medium using a fully quantum theory; propose a deterministic design of a C-Sign gate for choosen encoding scheme,either time-bin encoding or polarization encoding, and analyze the influence on the fidelity of the twin input multi-mode qubits caused by the physical processes by the scheme ,thus, give the quantum characteristics of the C-Sign gate.

双光子量子逻辑门的物理实现是光量子信息处理的瓶颈难题。课题将利用双光子电磁感应光透明（DEIT）效应增强的的交叉位相调制(XPM)效应，开展确定性C-Sign门物理实现的理论研究：.在冷原子团、腔内原子系综等可能介质中，设计可同时实现DEIT效应和XPM效应的物理模型；并提出在两个多模光量子之间实现值为PI的均一交叉调制位相（UXPS）的理论方案，并使用全量子理论对两个多模光量子在介质中的相互作用与传输进行解析与数值分析，完成方案的理论验证；针对时间元或偏振编码的多模光量子位，提出确定性C-Sign门的实现方案，分析方案模型对输入多模光量子位保真度的影响，分析所设计量子位相门的量子特性。

双光子量子逻辑门的物理实现是光量子信息处理的瓶颈难题。本项目利用双光子电磁感应光透明（DEIT）效应增强的的交叉位相调制(XPM)效应，开展确定性 C-Sign 门物理实现的理论研究。基于电磁诱导透明方法首次在热原子系综中实验研究了反向和同向读取原子自旋波信息的回复效率，并对实验结果进行了理论分析，实验和理论的结果都表明同向和反向读出效率的高低取决于原子系综中原子自旋波的强度空间分布。研究结果将会对热原子系综中的光与原子信号相互转换过程的应用有着一定的意义。研究了三种线性共轭系统的光学特性，随着系统π-共轭特性的增强，吸收和辐射带宽同时逐渐红移，系统的双光子特性也得到增强。同时，采用连续速率分布模型分析系统荧光和动态轨迹，结果表明系统弛豫速率逐渐增大，而速率分布宽度变得更窄。研究结果证明了系统π-共轭特性是提高双光子特性的主要因素。在上面的工作进展之外，项目组还开展了量子成像方面的相关研究。量子成像作为一项新型成像机制，目前已成为光学成像领域的研究热点。参考光束高阶量子成像实验结果表明，采用参考光束作为光源，不增加物体信息，仍然能够得到较好的成像质量。