Диссертация (1149654)
Текст из файла
Федеральное государственное бюджетное образовательноеучреждение высшего образования«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»На правах рукописиВетлугин Антон НиколаевичПРОСТРАНСТВЕННО МНОГОМОДОВАЯКВАНТОВАЯ ПАМЯТЬ ДЛЯ ЗАДАЧКВАНТОВОЙ ИНФОРМАЦИИСпециальность 01.04.05 —«Оптика»Диссертация на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:д. ф.-м. н., профессорСоколов И.В.Санкт-Петербург – 2016СодержаниеВведение . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 Обзор литературы . . . . . . . . . . . . . . . .1.1 Оптическая квантовая память . . . . . . . .1.1.1 Классификация . . . . . . . . . . . .1.1.2 Резонаторная квантовая память . . .1.1.3 Многомодовая квантовая память . .1.2 Критерии оценки квантовой памяти . . . .1.3 Применение оптической квантовой памяти1.3.1 Квантовый повторитель .
. . . . . .1.3.2 Линейные оптические вычисления ......................................................................................................................2 Модель объемной квантовой голограммы в резонаторной конфигурации . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.1 Описание атомного ансамбля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.2 Развитие классического резонаторного поля . . . . . . . . . . . .2.3 Переход к эволюции квантованных полей . . . . .
. . . . . . . . .2.4 Взаимодействие ансамбля атомов и световых полей . . . . . . . .2.5 Построение уравнений эволюции канала памяти . . . . . . . . . .2.6 Обсуждение решения уравнений для квантовых амплитуд . . . .2.7 Построение уравнений эволюции канала генерации неклассических состояний .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.8 Обоснованность используемых приближений . . . . . . . . . . . .4.........111313161720232426.......29303235374042. 43. 453 Запись пространственно многомодового света заданной временнойформы . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463.1 Запись в подходе с согласованием импеданса . . . . . . . . . . . . . 473.2 Запись в подходе с обращением сигнала . . . . . . . . . . . . . . . . 5223.3 Сравнение подходов к записи . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 553.4 Движение атомов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 564 Адресуемое чтение пространственно многомодового света заданнойвременной формы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.1 Согласование импеданса при считывании . . . . . . . . . .
. . . .4.2 Обобщение подхода с согласованием импеданса . . . . . . . . . .4.3 Поперечная 2D–адресуемость . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.4 Освещение сбоку и 2D-адресуемость в пространственновременной области . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .....58596467. 695 Квантовая память в режиме управляемого смешения сигналов . . . 735.1 Взаимодействие света с набором спиновых волн .
. . . . . . . . . . 745.2 Запись и считывание последовательности квантованных импульсов 78Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85A Исследование связи плоских волн с эрмит-гауссовыми модами резонатора . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A.1 Эрмит-гауссовы моды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A.2 Резонатор, близкий к плоскому . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A.3 Аналогия с состояниями квантового осциллятора . . . . . . . . .A.4 Число поперечных мод и дифракционное ограничение . . . . .
......9494959799B Поиск оптимального метода записи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1033ВВЕДЕНИЕЗа последние 25-30 лет было достигнуто новое понимание роли информации в квантовой механике. Были предложены протоколы, использующие существенно квантовые свойства систем микромира: рабочими «инструментами»этого раздела науки служат суперпозиционные и перепутанные состояния, принцип неопределенности и теорема о запрете клонирования, редукция волновойфункции при измерении и так далее. В то же время за последние четверть векабыл достигнут огромный прогресс в экспериментальной физике – прогресс, позволивший перейти к практическому воплощению идей квантовой информации.Были проведены успешные эксперименты по квантовой криптографии, квантовой телепортации, квантовым вычислениям.
Физики научились работать с единичными квантовыми объектами – атомами, ионами, фотонами и пр. В то жевремя ведутся успешные эксперименты по переводу в квантовые состояния таких мезообъектов, как атомные ансамбли и механические мембраны.Одним из наиболее активно развивающихся направлений квантовой теории информации и квантовой оптики является направление, изучающее квантовую память. Квантовая память либо является необходимым элементом квантовых протоколов, либо может существенно их улучшить. В «традиционном»понимании квантовая память представляет из себя устройство, которое позволяет записывать, хранить и воспроизводить квантовое состояние, не разрушая его.Наиболее широко исследуется оптическая квантовая память, в которой квантовое состояние оптического поля отображается на степени свободы вещества,хранится в них, а затем вновь переносится на оптическое поле.
Предложеныи продемонстрированы схемы памяти на спиновой подсистеме атомных ансамблей, на неоднородно уширенных электронных переходах примесных кристал4лов, на одиночных частицах. Используются варианты взаимодействий, различающиеся соотношением частоты и скорости изменения управляющего и сигнального полей и частот переходов в атомах: электромагнитно индуцированнаяпрозрачность, квантовое неразрушающее взаимодействие, резонансное и нерезонансное комбинационное (рамановское) рассеяние, а также различные вариантыфотонного эха в средах с неоднородным уширением.
Использование резонатора позволяет увеличить эффективную оптическую толщину и, соответственно,позволяет использовать оптически тонкие среды.Квантовая память также может использоваться для создания неклассических состояний. Существующие протоколы позволяют создавать сжатые состояния коллективных переменных света и вещества и перепутанные состояниямежду спиновой когерентностью атомной среды и импульсом света. При этомспиновая когерентность может быть считана в более поздний момент времени.Перспективным направлением является применение квантовой памяти для преобразования квантовых состояний: для увеличения эффективности протоколовтребуется не только создавать и хранить состояния, но и преобразовывать их наэтапе хранения или считывания.Экспериментальные достижения в области квантовой информации позволяют рассчитывать на создание полноценной квантовой памяти в ближайшеевремя. Поэтому актуальным становится вопрос усовершенствования и ускорения работы памяти.
В этих целях разрабатываются протоколы многомодовойквантовой памяти – многомодовой во временной, частотной или пространственной областях. Пространственно многомодовый тип квантовой памяти имеет топреимущество, что за один цикл обрабатывается массив квантовых состояний,переносимых одним импульсом света. В безрезонаторной конфигурации параллельная квантовая память обсуждалась для случая квантового неразрушающеговзаимодействия, в вариантах резонансного быстрого и адиабатического режимовзаписи в лямбда–схеме атомных уровней, в режиме нерезонансного рамановского рассеяния для попутной геометрии управляющего и сигнального полей,а также для неколлинеарной геометрии объемной квантовой голограммы.
Естьнесколько работ, посвященных параллельной квантовой памяти в резонаторе.Настоящая работа является развитием идей пространственно многомодовой квантовой памяти. Предлагаемая модель памяти, основанная на нерезонансном взаимодействии ансамбля спин-поляризованных атомов с полем высо5кодобротного резонатора, возбуждаемого пространственно многомодовым квантованным импульсом света, до сих пор не была изучена.
В работе производитсяоценка основных параметров предлагаемой модели памяти в режимах записи ичтения квантовых изображений, в том числе записи и чтения последовательности квантовых изображений в одну ячейку квантовой памяти. Особый акцент делается на исследовании возможностей адресуемого чтения как в пространственной, так и во временной областях.
Изучается работа рассматриваемой квантовойпамяти в режиме унитарного преобразования квантованных амплитуд последовательности импульсов света.Целью диссертационной работы является предложение и теоретическоеисследование параллельной квантовой памяти в резонаторной конфигурации ивозможностей ее применения в протоколах квантовой информации.Основными направлениями исследования явились:1. Развитие теории объемной квантовой голограммы в присутствии высокодобротного резонатора в подходе Гайзенберга в параксиальном приближении для задач квантовой информации.2. Поиск подходов к эффективным записи и считыванию поперечно многомодовых квантованных импульсов света ограниченной длительности.3.
Изучение возможностей пространственной и временной адресуемости впредлагаемой модели квантовой памяти.4. Исследование возможностей предлагаемой модели квантовой памяти дляуправляемого унитарного преобразования квантованных амплитуд последовательности импульсов света.Основные положения и результаты, выносимые на защиту:1. Предложенные новые квантово–оптические схемы реализуют расширенныепротоколы квантовых голограмм на основе пространственно протяженныхатомных ансамблей в оптическом резонаторе.2.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
