周期调制原子介质中纠缠光的存储与提取及其动态操控

In the field of quantum information science, entanglement is the essential physical resource, the reversible storage of which is a major fundamental problem, and is one of the most advanced hot research fields in the recent years. In this program, we study the storage and retrieval of entangled light and its dynamic manipulation in the periodically modulated atomic medium based on the stationary light pulses method. The main contents are the follows: investigate the inner link between the slowing, stationary and the retrieval of the entangled light and the different system parameters in the atomic medium, discuss the entanglement dynamics in the process, reveal the physical reasons caused entangled light dissipation, and propose the optimal schemes for the reversible storage of entangled light; solve the storage and retrieval of the multimode entangled light, and design the multimode quantum repeater schemes; obtain the coherent control method for the waveform and phase of the entangled light, and realize the dynamic propagation control of the entangled light stored in different channels. The results of this research will provide important theoretical references for the development of related quantum information technology, and deepen the understanding of the relevant basic physical problems.

纠缠是量子信息处理中最重要的物理资源，纠缠光的存储与提取是量子信息科学中重要的基本问题，是近年来热门前沿研究领域之一。本项目基于静态光脉冲原理在周期调制的原子介质中研究纠缠光的存储与提取及其动态操控。具体内容如下：研究纠缠光在原子介质中的减速、静止和释放与系统各参量间的依赖关系，讨论纠缠光存储与提取过程中的纠缠动力学，揭示引起纠缠光耗散的物理缘由，提出纠缠光的优化存储与提取方案；解决能够提高量子网络传输效率的多模纠缠光的存储与提取，建立易于实验实现的多模式量子存储器模型；获得对纠缠光的波形和相位等信息的相干调控方法，实现对不同通道存储的纠缠光在时间和空间上的动态传播操控。本项目的完成能为今后相关量子信息技术的发展提供重要的理论参考，并加深人们对相关基础物理问题的理解。

光的可逆存储是经典和量子信息科学中重要的基本问题。项目组成员基于电磁感应透明原理，研究了周期调制原子介质中静态光脉冲和静态纠缠光子对的相干产生与动态操控，讨论了纠缠双模波包的可逆存储,提出了二维图像的优化存储模型。具体结果如下：（1）提出了高维和多自由度静态光脉冲的相干制备以及静态光脉冲的优化产生三个物理模型，实现了对光脉冲的两个极化分量在空间和时间上的独立操控，得到了对光脉冲的波形和相位信息的相干调控方法，相关研究结果可自然地应用于静态纠缠光子对的产生与操控；（2）讨论了纠缠双模波包的可逆存储，给出了静态纠缠光子对的相干产生模型，分析了多自由度静态纠缠光子对的制备，为纠缠光的存储与提取开辟了一条新的道路；（3）提出了两个二维图像的优化存储模型，实现了二维图像在可见度和强度两个维度的同时优化存储。上述研究结果不仅可以为相关经典和量子信息技术的发展提供重要的理论参考，而且能够加深人们对相关基本物理问题的理解。