Диссертация (1149834), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Получитьполное теоретическое описание характеристик такой модели в рамках аппарата квантовойэлектродинамики.2. Численно построить и проанализировать временные собственные моды полного цикла памяти для случая неподвижных атомов. Сравнить пропускную способность квантового информационного канала, включающего в себя ячейку быстрой резонансной квантовой памяти, с каналом, включающим адиабатическую квантовую память. Найти функции откликасреды, то есть пространственные профили распределения когерентности, отвечающие соответствующим временным собственным модам.3.
Исследовать работу протокола быстрой резонансной квантовой памяти при сохраненииквадратурно-сжатого импульса света, полученного от реального источника излучения (субпуассоновского лазера с захватом фазы), и сравнить степени сжатия импульса на выходеиз ячейки с эффективностью его работы, основываясь на анализе временных собственныхмод.4. Исследовать работу протокола многомодовой квантовой памяти при сохранении перепутанных импульсов света, полученных от реального источника излучения (субпуассоновского лазера с захватом фазы), для случаев, когда оба импульса сохраняются в двух одинаковых и двух разных ячейках памяти, и случая, когда сохраняется только один из этихимпульсов.
Сделать численные оценки сохранения перепутывания для рассматриваемогопротокола.5. Численно рассчитать и проанализировать эффект "размывания" найденных функций отклика, вызванный продольным тепловым движением атомов, и эффективности полногоцикла памяти для двух случаев, когда атомы находятся внутри магнито-оптической ловушки и ничто не мешает их свободному разлету, и случая, когда атомы находятся внутризамкнутой ячейки, в результате чего устанавливается однородное распределение когерентности в процессе хранения.6. Оптимизировать протокол быстрой резонансной квантовой памяти с учетом продольноготеплового движения атомов и построить собственные функции полного цикла памяти длятого, чтобы найти временной профиль сигнального поля, который обеспечит наибольшуювозможную эффективность.6Основные положения, выносимые на защиту:1. Обобщение модели быстрой резонансной квантовой памяти на случай теплового движенияатомов демонстрирует сохранение света на квантовом уровне.2.
Анализ мод Шмидта для протокола быстрой резонансной квантовой памяти в случае неподвижных атомов иллюстрирует спектральную широкополосность собственных мод и фильтрующие свойства рассматриваемой модели памяти.3. Протокол многомодовой быстрой резонансной квантовой памяти способен хорошо сохранять сжатые и перепутанные квантовые состояния света от реальных источников излучения таких, как субпуассоновский лазер с захватом фазы.4.
Даже при значительных продольных смещениях атомов во время этапа хранения ячейкабыстрой резонансной квантовой памяти способна работать в квантовом режиме. Более того, квантовый характер памяти сохраняется и при полном перемешивании атомов в ячейке.5. Различные временные профили мод обладают разной устойчивостью к тепловому движению атомов и могут сохраняться на квантовом уровне различное время.6. Протокол быстрой резонансной квантовой памяти для тепловых атомных ансамблей может быть оптимизирован путем поиска собственных функций задачи, включающих этапхранения.Научная новизна:1. Впервые была построена модель быстрой резонансной квантовой памяти с учетом продольного движения атомной среды.2. Были исследованы и проанализированы моды Шмидта для случая неподвижных атомов, атакже рассмотрены возможности их использования для создания квантового информационного канала с большой пропускной способностью.
Был обнаружен режим, при которомячейка квантовой памяти обладает интересными фильтрующими свойствами.3. Были изучены возможности протокола быстрой резонансной квантовой памяти при сохранении импульсов с квантовыми сжатыми и перепутанными состояниями, полученным отреального источника излучения (субпуассоновского лазера с захватом фазы).74. Впервые для протокола быстрой резонансной квантовой памяти был рассмотрен эффект"размывания" собственных мод среды, вызванный продольным движением атомов на этапе хранения, и решена задача об оптимизации этого протокола, позволяющая найти временной профиль сигнального поля, который обеспечит наибольшую возможную эффективность хранения.Научная и практическая значимость. Наиболее перспективным с точки зрения растущих с каждым днем потребностей квантовых оптики и информатики считается широкополосныймногомодовый свет, поэтому для его передачи, управления и хранения требуется квантовый информационный канал с большой пропускной способностью.
В связи с этим ячейка квантовойпамяти, являющаяся частью такого канала, не должна ухудшать его спектральных характеристик, т.е. она должна обеспечивать надежное и эффективное хранение многомодовых короткихимпульсов излучения с неклассическими квантовыми состояниями.Одной из важнейших областей, где могут быть использованы, полученные результаты,является передача сигналов на большие расстояния, которую в классических телекоммуникационных сетях решают при помощи усилителей. Такой подход при передаче информации поквантовому каналу не подходит в силу принципа запрета клонирования [4, 5].
В работе [33] было показано, что независимо от конструкции оптического усилителя, кроме усиленного входногополя, на выходе окажутся добавочные шумовые фотоны, порожденные усиленным спонтаннымизлучением активной среды, количество которых будет зависеть от величины усиления. Именноналичие такого шума в итоге приведет к разрушению всей передаваемой информации, поэтому вместо усилителей предполагается использовать квантовые репитеры [34, 35], важнейшимэлементом которых является квантовая память, способная сохранять перепутанные и сжатыесостояния света.Стоит отметить, что эксперименты, связанные с замедлением и сохранением света наячейках с теплыми атомными парами привлекают исследователей простотой манипулированияразогретыми атомами.
В частности, существенно проще создавать ансамбль с большим числоматомов, когда нет необходимости его глубокого охлаждения, и контролировать концентрациюатомов в ансамбле, изменяя температуру ячейки. Кроме того, в отношении масштабируемостиансамбли атомов комнатной температуры оказываются существенно перспективнее холодных,требующих дополнительной охлаждающей аппаратуры.Отдельно выделим проблему создания квантового компьютера и квантовых вычислений[43–45], в которых одной из серьезнейших задач является решение проблемы декогеренции,8т.е.
"увеличение времени жизни" чистых квантовых состояний, что представляется возможнымосуществить только с помощью квантовой памяти.Степень достоверности полученных в диссертации результатов обеспечивается впервую очередь тем, что были построены корректные квантово-механические модели и все сделанные предположения и приближения имеют строгое физическое обоснование. Кроме того, длярешения поставленных задач был использован широко известный и хорошо зарекомендовавшийсебя математический аппарат квантовой электродинамики. Найденные результаты были проанализированы в сравнении с результатами других исследователей и обсуждались в рамках научныхсеминаров, школ и конференций с коллегами, а также опубликованы в ревьюируемых научныхжурналах, рекомендованных ВАК.Апробация работы.
По материалам диссертации выполнены доклады на следующихконференциях и научных семинарах:∙ Весенняя школа Российского Квантового Центра (Москва, Россия, 2013, 2014);∙ Летняя школа Российского Квантового Центра (Москва, Россия, 2013);∙ 13th International Conference on Squeezed States and Uncertainty Relations(Nuremberg, Germany, 2013);∙ the Les Houches School of Physics, session CI “Quantum optics and nanophotonics”(Les Houches, France, 2013);∙ VIII Международная конференция молодых ученых и специалистов «Оптика-2013» (СанктПетербург, России, 2013);∙ RQC 14 International Conference on Problems of Strongly Correlated and Interacting Systems(St.
Petersburg, Russia, 2014);∙ Quantum Science: Implementations (Benasque, Spain, 2014);∙ IX семинар имени Д.Н. Клышко (Москва, Россия, 2015);∙ IX Международная конференция молодых ученых и специалистов «Оптика-2015» (СанктПетербург, России, 2015);∙ а также на городском межинститутском семинаре по квантовой оптике при РГПУ им. А.И.Герцена и на семинаре кафедры Общей Физики I по квантовой оптике при СПбГУ.9Личный вклад. Основные результаты, представленные в диссертации, получены автором лично; выбор общего направления исследования, обсуждение и постановка рассматриваемых задач осуществлялись совместно с научным руководителем.Публикации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
