利用量子相干效应在原子气中实施空间光学信息处理

利用量子相干效应存储和控制光学信息是目前比较活跃的研究领域。基于原子气相比其它介质显著的量子相干特性，以及空间光学信息在信息处理中的重要地位，本项目将研究利用原子蒸汽和冷原子对两类空间光学信息的处理：（1）空间光学信息仅含有振幅信息；（2）空间光学信息同时含有振幅和相位信息。在第一类信息中，由于原子的扩散行为，直接存储振幅信息的方法将导致振幅信息的迅速丢失。因此我们提出一种新的方法，通过存储振幅的相位编码信息来抑制原子扩散的影响，然后在读出时通过相衬法还原振幅信息，以此获得高保真度和较长寿命的图像存储。在第二类信息中，将存储既有振幅信息也有相位信息的拉盖尔-高斯模式光束。研究该类光信息存储的保真度，在此基础上，研究利用外加磁场改变原子的自旋相位信息来控制读出的光学模式，并研究该类信息在存储时的相互作用。通过本项目的研究，将可获得一种新的存储技术，实现对空间光学信息控制和运算。

利用量子相干效应存储和控制光学信息是目前比较活跃的研究领域。基于原子气相比其它介质显著的量子相干特性，以及空间光学信息在信息处理中的重要地位，本项目研究了原子蒸汽中空间光学信息的处理和运算，完成了以下几个方面的工作：（1）研究了基于量子相干特性产生的电磁诱导透明（EIT）现象，在此基础上研究了慢光及光存储；（2）研究了在EIT介质中研究空间光学信息的传输和转换，发现了EIT介质中对无衍射的拉盖尔-高斯模式光束具有一定图像锐化作用，这对于原子介质中的信息处理和图像传输具有潜在的意义；（3）研究了在EIT介质中，拉盖尔-高斯模式光束的空间横向相位信息可以通过调控实验参数，实现由相位信息到空间强度分布的转换，这不仅提供了在原子介质中区分拉盖尔-高斯光束模式的一种方法，而且对基于原子介质的量子信息处理提供了一种途径；（4）研究了在EIT介质中利用非线性四波混频，实现量子高维系统的CNOT量子逻辑门和Deutsch量子算法。以上研究成果对利用原子介质实施空间光学信息处理及高维量子信息计算，提供了理论和实验基础。