Диссертация (1150447), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Но условия работы квантовой памяти диктуют намнеобходимость рассмотрения конечного интервала взаимодействия полей и атомного ансамбля.Именно поэтому, выбирая определенное значение TW мы оказываемся ограничены набором техфункций, которые можем с достаточной точностью считать ортогональными на выбранном интервале. Мы в своих расчетах исходили из экспериментальных параметров системы, указанныхв работе [117].Отметим еще раз, что в силу того что ячейка памяти в нашем исследовании применяется102не для хранения квантового состояния сигнала, а для бесшумового преобразования его формы,требования ко времени хранения оказываются минимальными, что упрощает реализацию эксперимента. В частности, это накладывает довольно мягкие условия на температуру атомногоансамбля, поскольку на коротких временах тепловое движение не разрушает формируемое распределение спиновой волны. В то же время, имея ресурс более длительного хранения сигналав ячейке, мы можем использовать его в дальнейшем при проведении логических операций накластере, имея ввиду, что эти операции требуют некоторого времени на выполнение.103ЗаключениеВ представленной работе мы продемонстрировали возможность манипулирования существенномногомодовым квантовым сигналом посредством взаимодействия с ячейкой квантовой памяти.Первым вопросом, требовавшим решения здесь, был вопрос о возможности хранения сигналасложной структуры внутри ячейки.
Существовавшие на момент начала исследования работыдемонстрировали способность ячеек квантовой памяти к сохранению одиночных импульсов,несущих квантовое состояние света. В нашем случае, для возможностей дальнейшего преобразования и манипулирования сигналом, нам требовалось сохранить трейн импульсов, притомкаждый из элементов этого трейна оказывался квантово-статистически связан с другими.Для решения этой задачи мы обобщили две имеющиеся модели рамановского механизмаквантовой памяти. Одна из них была разработана для хранения очень коротких импульсовсвета, в предположении, что длительность сигнала существенно меньше длины атомного ансамбля, T L/c. Вторая модель эксплуатировала обратное соотношение параметров T L/c.Поскольку исследуемый нами сигнал включал и быстрые и медленные особенности, нам необходимо было учесть это при построении теории.Оказалось, что такое обобщение приводит к особенностям в эффективности хранения сигнала.
Но еще более интересные результаты показал анализ квантовых корреляций. Посколькуфункция Грина для преобразования сигнала со входа на выход ячейки памяти оказалась комплексной, квадратурные компоненты сигнального поля эволюционировали не независимо, ипрямое использование схемы демонстрировало разрушение сжатия в исходном сигнале. Дляустранения этого эффекта мы предложили использовать до и после ячейки памяти дополнительные фазовращающие элементы, компенсирующие штарковские сдвиги при записи и считывании. В этой конфигурации мы продемонстрировали сохранение провалов в спектре флуктуаций фототока на частотах, кратных 2π/T , характерных для входного сигнала, в выходномсвете.104Наконец, мы показали, что даже в простейшем варианте использования прямоугольного импульсного профиля управляющего поля рамановская ячейка квантовой памяти способна сохранить существенное число квантовых степеней свободы входного сигнала (конкретное значениезависит от оптической толщины ячейки и времени атомно-полевого взаимодействия).
Такой результат позволил нам перейти к другому направлению данного исследования – манипуляциямвнутри ячейки памяти.Прежде всего, перед нами встал вопрос селективной записи выбранной моды многомодового сигнала. Для этого мы отказались от импульсного прямоугольного профиля управляющегополя, и разработали численный итерационный метод поиска формы управляющего поля, обеспечивающий одномодовое взаимодействие с требуемой модой сигнала по выбору.
Мы показали,что итерационная процедура быстро сходится, и упростили численный счет, введя некоторыеаналитические преобразования.Основываясь на механизме селективного одномодового взаимодействия, мы предложилипроцедуру преобразования профиля квантового сигнала, используя разные управляющие поляна этапе записи и считывания. При этом, в основе метода преобразования супермод SPOPOлежит тот факт, что сигналы с различными профилями возбуждают в среде одну и ту же спиновую волну.
Аналитически это положение доказывается только для бесконечных интерваловвремени взаимодействия полей и атомного ансамбля. Однако, мы показали, что и для реальных конечных значений TW это выполняется весьма хорошо, и при достижимых на сегодняпараметрах эксперимента, преобразование формы квантового сигнала может быть выполненос высокой точностью (порядка 95%) для первых четырех мод сигнала.Наконец, мы показали как, используя набор ячеек памяти, построить линейное многомодовое кластерное состояние света. Эта схема отличается еще и тем достоинством, что позволяетполучать кластерное состояние «по требованию», в нужный момент времени, поскольку основана на механизме памяти, дающем исследователю возможности согласования моментов приходасигналов на базовые элементы вычислительной сети.105Литература[1] J.I.
Cirac, P. Zoller. Quantum Computations with Cold Trapped Ions // Phys. Rev. Lett. –1995. – Vol. 74. – P. 4091–4094.[2] R. Raussendorf, H. J. Briegel. A One-Way Quantum Computer // Phys. Rev. Lett. – 2001. –Vol. 86. – P. 5188–5191.[3] J. Nunn. Quantum Memory in Atomic Ensembles // St.
John’s College, Oxford, 2008.[4] C. Simon, M. Afzelius, J. Appel, et al. Quantum memories // Eur. Phys. J. D. – 2010. – Vol.58(4). – P. 1–22.[5] N. Sangouard, C. Simon, H. de Riedmatten, and N. Gisin. Quantum repeaters based on atomicensembles and linear optics // Rev. Mod. Phys. – 2011. – Vol. 83. – P.
33.[6] J. Nunn, I.A. Walmsley, M.G. Raymer, K. Surmacz, F.C.Waldermann, Z. Wang, and D.Jaksch. Mapping broadband single-photon wave packets into atomic memory // Phys. Rev.A. – 2007. – Vol. 75. – P. 011401.[7] G. Patera. Quantum properties of ultra-short pulses generated by SPOPOs: multi-modesqueezing and entanglement: Ph. D. thesis // Universite Pierre et Marie Curie-Paris,Laboratoire Kastler Brossel, Paris, 2008.[8] V. A Averchenko, Yu. M. Golubev, C. Fabre, N. Treps. Quantum correlations and fluctuationsin the pulsed light produced by a synchronously pumped optical parametric oscillator belowits oscillation threshold // Eur.
Phys. J. D. – 2011. – Vol. 61(1). – P. 207–214.[9] V.A. Averchenko, Yu.M. Golubev, C. Fabre, N. Treps. Quantum correlations of pulses of opticalparametric oscillator synchronously pumped above threshold // Opt. Spectr. – 2011. – Vol. 110.– P. 925–935.106[10] I. Schwartz et al. Deterministic generation of a cluster state of entangled photons. // Science.– 2016.
– Vol. 354(6311). – P. 434–437.[11] S. Yokoyama et al. Ultra-large-scale continuous-variable cluster states multiplexed in the timedomain // Nat. Photon. – 2013. – Vol. 7. – P. 982–986.[12] Ryuji Ukai, Noriaki Iwata, Yuji Shimokawa et al. Demonstration of Unconditional One-WayQuantum Computations for Continuous Variables // Phys.
Rev. Lett. – 2011. – Vol. 106. – P.240504.[13] P. van Loock, C. Weedbrook, M. Gu. Building Gaussian cluster states by linear optics // Phys.Rev. A. – 2007. – Vol. 76. – P. 032321.[14] V.V. Kuzmin, A.N. Vetlugin, I.V. Sokolov Control of parameters of quantum memory for lightin a cavity configuration // Opt.
Spectr. – 2015. – Vol. 119(6). – P. 1000–1006.[15] M. Pysher, Y. Miwa, R. Shahrokhshahi et al. Parallel Generation of Quadripartite ClusterEntanglement in the Optical Frequency Comb // Phys. Rev. Lett. – 2011. – Vol. 107. – P.030505.[16] N. C. Menicucci. Temporal-mode continuous-variable cluster states using linear optics // Phys.Rev. A. – 2011. – Vol. 83. – P.
062314.[17] D.V. Kupriyanov, I.M. Sokolov, M.D. Havey. Mesoscopic coherence in light scattering fromcold, optically dense and disordered atomic systems // Physics Reports – 2017. – Vol. 671. –P. 1–60.[18] A.S. Sheremet, A.D. Manukhova, N.V. Larionov and D.V. Kupriyanov. Cooperative lightscattering on an atomic system with degenerate structure of the ground state. // Phys. Rev.A. – 2012. – Vol. 86. – P. 043414.[19] I.M. Sokolov, M.D.
Kupriyanova, D.V. Kupriyanov, M.D. Havey. Light scattering andlocalization in an ultracold and dense atomic system. // Phys. Rev. A. – 2009. – Vol. 79.P. 053405.[20] M. Fleischhauer, A. Imamoglu and J.P. Marangos. Electromagnetically induced transparency:Optics in coherent media // Rev. Mod.
Phys. – 2005. – Vol. 77. – P. 633–673.107[21] M.D. Lukin. Colloquium: Trapping and manipulating photon states in atomic ensembles //Rev. Mod. Phys. – 2003. – Vol. 75. – P. 457.[22] C. Liu, Z. Dutton, C.H. Behroozi and L.V.Hau. Observation of coherent optical informationstorage in an atomic medium using halted light pulses // Nature. – 2001. – Vol. 409. – P.490–493.[23] L.V. Hau, S.E. Harris, Z. Dutton , C.H.
Behroozi. Light speed reduction to 17 metres persecond in an ultracold atomic gas // Nature. – 1999. – Vol. 397. – P. 594–598.[24] K. S. Choi, H. Deng, J. Laurat, H. J. Kimble. Mapping photonic entanglement into and outof a quantum memory // Nature. – 2008. – Vol. 452(7183). – P. 67–71.[25] Yu. M.
Golubev, T. Yu. Golubeva, Yu. V. Rostovtsev and M. O. Scully. Control of group velocityof light via magnetic field // Optics Communications. – 2007 – Vol. 278(2). – P. 350–362.[26] D.F. Phillips, A. Fleischhauer, A. Mair, R.L. Walsworth, and M.D. Lukin. Storage of Light inAtomic Vapor // Phys. Rev. Lett. – 2001.
– Vol. 86. – P. 783-786[27] A.V. Gorshkov, A. André, M.D. Lukin, and A.S. Sørensen. Photon storage in Λ-type opticallydense atomic media. I-III. // Phys. Rev. A. – 2007. – Vol. 76. – P. 033804.[28] T. Chanelière, D.N. Matsukevich, S.D. Jenkins, S.-Y. Lan, T.A.B. Kennedy and A. Kuzmich.Storage and retrieval of single photons transmitted between remote quantum memories //Nature. – 2005. – Vol. 438. – P. 833–836.[29] M. Arikawa , K. Honda, D. Akamatsu, S.
Nagatsuka, A. Furusawa, M. Kozuma. Quantummemory of a squeezed vacuum for arbitrary frequency sidebands // arXiv:0905.2816 [quantph.]. – 2009.[30] J. Appel, E. Figueroa, D. Korystov, M. Lobino, and A.I. Lvovsky. Quantum Memory forSqueezed Light // Phys. Rev. Lett. – 2008. – Vol. 100. – P. 093602.[31] Е.Б. Александров и И.С. Запасский. Легенда об остановленном свете // УФН. – 2004.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
