利用原子相干效应实现光量子调制

Quantum information science as a new subject, shows a very broad prospects for science and technology applications. Quantum information is to use the basic principles of quantum mechanics to information generation, transmission, processing and storage. It has incomparable superiority of classical information in secure communications and high-speed parallel computing. Recent studies have shown that the use of atomic coherence effects can be achieved Quantum switching and quantum amplitude and phase modulation. The project intends to study a variety of different energy level structure of atomic ensemble quantum coherence effects in the alkali metal atoms cell. Exploring ways and mechanism of Quantum switching and quantum amplitude and phase modulation from the theoretical and experimental, and focusing on the optimization experiments the effect of a number of key technologies, including the power and polarization of coupling light and signal light, the density and temperature of the atomic cell, atom ground state coherence time, spatial period of standing wave, the propagation direction and the angle between coupled light and signal light, etc.

量子信息学作为一门新兴的学科，显示了极为广阔的科学和技术应用前景。量子信息是利用量子力学的基本原理来实现信息的产生、传递、处理和存储。它在保密通信和高速并行计算等方面有着经典信息无可比拟的优越性。最近研究表明，利用原子相干效应可以实现量子开关以及量子振幅和相位调制。该项目拟在碱金属原子气室中对多种不同能级结构的原子系综的量子相干效应进行研究，从理论和实验上探讨实现量子开关以及量子振幅和位相调制的途径和机理，并关注优化实验效果的一些关键技术，包括耦合光及信号光的功率、偏振，原子气室的密度、温度，原子基态相干时间，驻波长的空间周期，耦合光和信号光的传播方向和夹角等因素的影响。

量子信息是利用量子力学的基本原理来实现信息的产生、传递、处理和存储。它在保密通信和高速并行计算等方面有着经典信息无可比拟的优越性。近来研究表明，利用原子相干效应可以实现对光信号振幅和相位调制以及光量子开关。.本项目研究了N型及三脚架型四能级原子系统中的电磁感应光栅（EIG）现象，结果表明利用EIG效应可以实现开关和调制信号光，信号光的一级衍射效率接近正弦相位光栅的理论极限。并且控制光和信号光的功率可以非常低，甚至可以达到几个光子的能量水平。这在实现量子调控和量子器件存在潜在的应用价值。相关结论发表在2014年第7期的Chinese Physics B上（SCI收录）。申请并获得了名为“一种全光开关控制方法”国家发明专利，专利号：CN201310680461.3..通过本项目的研究还发现，对于原子有热运动时的N型及三角架型四能级系统来说，可以利用其电磁感应光栅（EIG）效应来实现开关和调制信号光，并且信号光的一级衍射效率比起冷原子系统中的一级衍射效率并不低多少。这说明热原子系统或许比冷原子系统在实现量子调控和量子器件上具有更大的优势。相关结论分别发表在2017年第1期的Chinese Physics B上（SCI收录）以及投稿到“中国激光”上，正在审稿中。.我们还找到了一种能够大大的提高信号光的一级衍射效率的方法，使其突破正弦相位光栅的理论极限34%而达到80%以上。这将对量子调控和量子器件的发展和研制具有巨大的促进作用和潜在的应用价值。相关内容已整理成文章，准备投稿，并正在申请专利。.此外我们从理论和实验上分析比较了四能级结构之间以及它们与三能级结构之间实现量子振幅调制或量子相位调制的异同之处以及难易程度，结果表明，四能级结构比三能级结构更容易实现量子振幅调制和量子相位调制，且调制效率更高。同时获得了各参数与调制效率之间的关系，找到了提高量子调制的方法。相关结果已整理成文章，准备投稿。