马腾飞 王敏杰 王圣智 焦浩乐 谢燕 李淑静† 徐忠孝 王海

1) (山西大学光电研究所,量子光学与光量子器件国家重点实验室,太原 030006)

2) (山西大学,极端光学协同创新中心,太原 030006)

量子中继是长距离纠缠分发的关键组成部分,而基于原子系综存储的读出效率是量子中继能否实用化的一个重要指标.本文利用冷原子系综中的自发拉曼散射过程产生Duan-Lukin-Cirac-Zoller量子记忆,在原子系综周围搭建环形腔,增强光与原子相互作用,从而提高读出效率,然而,腔内原子的能级分裂使量子记忆的读出效率降低.本文研究了读出效率随读光相对于原子共振线失谐量的变化关系.结果显示:当读光的失谐量为80 MHz时,本质读出效率为45%,这时腔对读出效率的增强倍数为1.68倍.

1 引言

量子通信[1−3]依赖于量子纠缠的远距离分发,但量子态传输过程中的通道损耗及退相干[4−8],限制了其传输距离(小于500 km)[5,9].由于量子不可克隆原理,其不能像经典信号一样直接放大,因此量子中继的方案应运而生.有多种量子系统可以作为量子节点,例如单原子[10,11]、单离子[12]、原子系综[1]、金刚石NV色心[13]和稀土离子掺杂固态晶体[14,15]等.其中基于冷原子系综和线性光学的Duan-Lukin-Cirac-Zoller(DLCZ)协议,由于其能够产生并存储纠缠,被视为最有潜力的方案之一[16].在该方案中,先将一束相对于原子共振线失谐的写光脉冲作用到原子上,经由自发拉曼散射[17],以较低几率在空间中发射一个斯托克斯光子,并在原子中存储一个与其关联的自旋波……