Gradient Echo Quantum Memoria in Warm Atomic Vapor

L'obiettivo generale di questa procedura è la memorizzazione e il recupero di un impulso luminoso in un vapore caldo di rubidio utilizzando gradienti di campo magnetico. Questo risultato si ottiene innanzitutto impiegando modulatori elettro-ottici e cavità ottiche per generare fasci di luce alle frequenze necessarie per l'assorbimento ramen nel vapore di rubidio. Il secondo passaggio consiste nell'utilizzare modulatori ottici per modulare gli impulsi che verranno memorizzati e per regolare con precisione la frequenza del fascio di controllo che abilita l'assorbimento ramen.

Successivamente, gli impulsi di luce vengono immagazzinati in una cella di rubidio la cui assorbimento è allargato spazialmente da un gradiente di campo magnetico longitudinale. L'ultimo passaggio consiste nell'invertire il gradiente magnetico per invertire l'evoluzione della coerenza atomica, richiamando così gli impulsi di luce immagazzinati attraverso un processo di eco fotonica. Infine, viene utilizzata la rilevazione ho moddy per misurare le caratteristiche dell'eco fotonica richiamata.

Il principale vantaggio di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti è che presenta l'efficienza dimostrata più elevata. La natura unica per un dominio della memoria consente di immagazzinare la componente in frequenza degli impulsi luminosi lungo tutta la lunghezza di una cella gassosa. La memoria può quindi essere utilizzata per la manipolazione spettrale di una luce immagazzinata.

Prepararsi per l'esperimento realizzando personalizzatamente due risonatori ad anello. Selezionare un cilindro cavo in alluminio massiccio come distanziatore della cavità. Questo cilindro ha una lunghezza di circa 25 centimetri.

Preparare due specchi piani con identica riflettività alle estremità. Montare questi specchi su un'estremità dello spaziatore della cavità con lavorazione accurata. Non è necessario incollare gli specchi.

Successivamente, posizionare un anello O in un tappo terminale per l'estremità opposta dello spaziatore della cavità. Posizionare uno specchio curvo a riflettività massima sull'anello O. Applicare un attuatore elettrico piso sullo specchio e montare il tappo terminale sullo spaziatore della cavità, comprimendo gli elementi del tappo terminale sullo spaziatore per consentire un'attuazione rapida dello specchio terminale.

Ora iniziare a lavorare sull'apparato della memoria. Utilizzare qui una cella lunga, di 20 centimetri, con finestre rivestite antiriflesso contenenti rubidio 87 arricchito isotopicamente, insieme a 0,5 torr di gas tampone cripto; usare una cella avvolta con filo riscaldante non magnetico per gli esperimenti. La cella di memoria raffigurata in verde in questo schema sarà racchiusa in tre solenoidi concentrici.

Sono presenti due solenoidi interni identici con un passo variabile progettati per creare un campo magnetico linearmente variabile. Essi sono montati in modo che i gradienti dei rispettivi campi si oppongano tra loro. L'alternanza tra i solenoidi inverte i gradienti nell'insieme atomico e induce il ripristino della fase dell'impulso ottico e il richiamo della luce dalla memoria.

Il terzo solenoide esterno produrrà un campo magnetico in corrente continua per rimuovere la degenerazione dei livelli XEOMIN. Per realizzare i solenoidi interni, utilizzare simulazioni per determinare la spirale a passo variabile richiesta e stamparne il grafico. Avvolgere il grafico attorno a un tubo in PVC per fornire una guida per avvolgere il filo.

Le bobine devono essere progettate per evitare gli effetti di bordo e per generare principalmente campi longitudinali. Dopo aver avvolto e assemblato i tre solenoidi, schermarli magneticamente con due strati di mu-metal. L'esperimento utilizza un laser a singola modalità sintonizzato vicino alla riga D1 del Rubidio a 795 nanometri.

Monitorare la frequenza utilizzando un divisore di fascio e inviando un raggio attraverso una cella riscaldata contenente rubidio in rapporto isotopico naturale. Osservare la dispersione in prossimità della risonanza usando una telecamera, regolando la frequenza di circa 1,5 gigahertz al di sopra della transizione da F uguale a due a F' uguale a due, per ottenere la frequenza approssimativa del fascio di controllo. Successivamente lungo il percorso ottico, utilizzare un divisore di fascio per generare un fascio di controllo e un fascio sonda.

Il fascio sonda prosegue attraverso un modulatore elettro-ottico accoppiato alla fibra e attraverso una delle cavità ad anello. Utilizzare il modulatore elettro-ottico accoppiato alla fibra, pilotato da una sorgente microonde di 6,8 gigahertz, per desintonizzare il fascio sonda rispetto al fascio di controllo. Eliminare le bande laterali bloccando la cavità ad anello sulla risonanza con una banda laterale positiva a 6,8 gigahertz.

Il prossimo divisore di traiettoria indirizza il fascio sonda a un modulatore ottico kuo per consentire un controllo fine della sua frequenza e intensità. Il modulatore è pilotato con una gaussiana modulata per produrre un impulso di luce ben definito da immagazzinare nella cella. Indirizzare il fascio sonda in modo che attraversi una seconda cavità ad anello.

Bloccare la cavità alla frequenza del fascio sonda utilizzando un fascio ausiliario di bloccaggio iniettato nella modalità inversa della cavità. Ricombinare il fascio sonda e il fascio di controllo al livello dello specchio di uscita della cavità, dove il fascio di controllo viene riflesso. Prima che i fasci entrino nella cella di memoria, regolare i fasci sonda e di controllo ricombinati in modo che abbiano una polarizzazione circolare pressoché identica, utilizzando una piastra a quarto d'onda. Dopo la cella di memoria, rimuovere il fascio di controllo dalla luce in propagazione mediante una cella filtro riempita con una miscela naturale di rubidio a 140 gradi Celsius.

Quindi utilizzare una seconda lamina quarto d'onda per convertire gli impulsi pro in una polarizzazione quasi lineare. Preparare l'allestimento di rilevamento ho moddy per il fascio di prova. Dopo la cella di memoria, indirizzare un fascio verso un terzo modulatore ottico Oko per spostarne la frequenza e fornire un oscillatore locale per il rilevatore.

Utilizzare un oscilloscopio veloce attivato dal programma di controllo per acquisire e memorizzare il segnale relativo a un esperimento. Assicurarsi che la cella di memoria sia a 80 gradi Celsius e regolare la potenza del fascio sonda. Avviare lo script controllato dal computer per l'esperimento.

Un ciclo di lavoro tipico è di circa 120 microsecondi per attivare l'oscilloscopio all'inizio del ciclo. Inizialmente, una delle bobine interne attorno alla cella di memoria è accesa e l'altra è spenta, generando un gradiente magnetico in una direzione. Dopo che un impulso del fascio sonda è stato memorizzato, invertire il gradiente per richiamare la luce dalla memoria.

Disattivare il riscaldatore della cella del gas durante il tempo di memorizzazione per evitare interferenze con il funzionamento della memoria. Spegnere il fascio di controllo mentre la luce è immagazzinata nella memoria, se possibile. Questa figura mostra una tipica riga Raman allargata in eterodina quando una delle bobine magnetiche a gradiente viene attivata.

La linea sottile continua mostra i dati ottenuti da misurazioni eterodine. L'oscillazione è dovuta al battimento tra la luce di prova e la luce dell'oscillatore locale. La curva tratteggiata mostra l'inviluppo di questi dati, la forma della riga Raman allargata.

Qui viene mostrato un tipico segnale medio di memoria a eco di gradiente di efficienza per un tempo di memorizzazione breve. La curva rossa mostra il profilo di intensità dell'impulso in ingresso e la curva blu mostra l'uscita della memoria. Le bobine del gradiente magnetico sono state commutate a 10 microsecondi.

L'eco richiamato appare a destra della linea tratteggiata. L'intensità non nulla dell'uscita prima dell'interruttore costituisce una prova della perdita di luce. Questa memoria d'eco a reticolo ad alta efficienza può essere utilizzata per una varietà di esperimenti, come la modulazione di impulsi nel tempo, nello spazio delle frequenze e potenzialmente nella realizzazione di un ripetitore quantistico.

Non dimenticare che lavorare con laser ad alta potenza può essere estremamente pericoloso. Indossare sempre occhiali di protezione per laser durante l'esecuzione di questa procedura.