暖かい原子蒸気に勾配エコー量子メモリ

この手順の全体的な目標は、磁場勾配を使用して、暖かいルビジウム蒸気中の光のパルスを保存および想起することです。これは、まず電気光学変調器と光共振器を使用して、ルビジウム蒸気でのラーメン吸収に必要な周波数の光線を生成することによって達成されます。2番目のステップは、al光変調器を使用してメモリに保存されるパルスを整形し、ラーメンの吸収を可能にする制御ビームの周波数を微調整することです。

次に、光のパルスはルビジウムセルに保存され、その吸収は縦方向の磁場勾配によって空間的に広がります。最後のステップは、磁気勾配を逆にして原子コヒーレンスの進化を逆転させ、フォトンエコープロセスを通じて蓄積された光パルスを呼び戻すことです。最終的に、ho moddy検出は、想起された光子エコーの特性を測定するために使用されます。

この手法の既存の方法の主な利点は、実証された効率が最も高いことです。メモリのドメイン特性が独特であるということは、光パルスの周波数成分をガスセルの長さに沿って保存できることを意味します。その後、メモリはストアライトのスペクトル操作に使用できます。

2つのリング共振器をカスタムメイドして実験の準備をします。キャビティスペーサーには、バルクアルミニウムの中空シリンダーを選択します。この円柱の長さは約25センチです。

エンドキャップに同じ反射率のフラットミラーを2枚用意します。キャビティスペーサーの一方の端に、慎重に機械加工して取り付けます。ミラーを接着する必要はありません。

次に、キャビティスペーサーの反対側の端のエンドキャップにOリングを配置します。Oリングに最大反射率の湾曲ミラーを配置します。ミラーにピソ電動アクチュエーターを置き、エンドキャップをキャビティスペーサーに取り付け、エンドキャップの要素をキャビティスペーサーに圧縮して、エンドミラーの高速作動を可能にします。

次に、メモリ装置の作業を開始します。ここでは、同位体が強化されたルビジウム87を含む反射防止コーティングされた窓を備えた20センチメートルの長いセルを使用し、0.5torのクリプトン緩衝ガスを使用して、実験用の非磁性電熱線を包んだセルを使用します。この回路図で緑色で描かれたメモリセルは、3つの同心円状のソレノイドに包まれています。

線形に変化する磁場を作り出すように設計された可変ピッチを持つ2つの同一の内部ソレノイドがあります。それらは、それぞれのフィールドの勾配が互いに反対になるようにマウントされます。ソレノイドを切り替えると、原子集団の勾配が逆転し、光パルスの再位相とメモリからの光の想起が強制されます。

3つ目の外側のソレノイドは、XEOMINレベルの縮退を浮き彫りにするための直流磁場を生成します。内側のソレノイドを作成するには、シミュレーションを使用して必要な可変ピッチスパイラルを決定し、そのプロットを印刷します。プロットをPVCパイプに巻き付けて、ワイヤーを巻くためのガイドを提供します。

コイルは、エッジ効果を回避し、主に縦方向のフィールドを持つように設計する必要があります。3つのソレノイドを包んで組み立てた後、2層のミューメタルで磁気的にシールドします。この実験では、ルビジウムDの1本線付近に795ナノメートルで調整されたシングルモードレーザーを使用します。

ビームスプリッターを使用し、天然の同位体比であるルビジウムを含む加熱されたセルにビームを照射することにより、周波数を監視します。カメラ砂丘を使用して共振付近の散乱を観察し、周波数をFより約1.5ギガヘルツ上回ってFが2に等しい、Fプライムが2に等しい遷移で、制御ビームのおおよその周波数を取得します。次に、光路に沿って、ビームスプリッターを使用して制御ビームとプローブビームを形成します。

プローブビームは、ファイバー結合電気光学変調器とリングキャビティの1つを通って続きます。6.8ギガヘルツのマイクロ波源によって駆動されるファイバー結合電気光学変調器を使用して、プローブビームを制御から離調します。正の6.8ギガヘルツのサイドバンドで共振にリングキャビティをロックすることにより、サイドバンドを排除します。

次のビームスプリッターは、probビームをkuo光学変調器に向け、その周波数と強度を細かく制御できるようにします。変調器は変調されたガウス分布で駆動され、細胞内に貯蔵するための微細な光パルスを生成します。probビームを2番目のリングキャビティを透過するように指示します。

キャビティのリバースモードに注入された補助ロッキングビームを使用して、キャビティをprobビーム周波数にロックします。プローブビームと制御ビームを、制御ビームが反射されるキャビティの出力ミラーで再結合します メモリセルに入る前に、再結合されたプローブビームと制御ビームを調整して、1/4波長板とほぼ同じ円偏光になるようにします。メモリセルの後、摂氏140度のルビジウムの天然混合物で満たされたフィルターセルを使用して、光の伝播から制御ビームを剥がします。

次に、2 番目の 4 分の 1 波長板を使用して、プロ パルスをほぼ直線偏光に変換します。probビーム用のhomoddy検出セットアップを準備します。メモリセルの後、ビームを3番目のOko光変調器に向け、その周波数をシフトして検出器に局部発振器を提供します。

制御プログラムによってトリガーされる高速オシロスコープを使用して、実験用の信号をキャプチャして保存します。メモリセルが摂氏80度にあることを確認し、プローブビームの出力を調整します。実験のコンピューター制御スクリプトを開始します。

一般的なデューティサイクルは、サイクルの早い段階でオシロスコープをトリガーする約120マイクロ秒です。最初は、メモリセルの周りの内側のコイルの1つがオンで、もう1つがオフになっているため、一方向に磁気勾配が発生します。probビームのパルスが保存された後、勾配を逆にしてメモリから光を呼び戻します。

メモリ保存時間中は、メモリ動作との干渉を避けるために、ガスセルヒーターの電源を切ってください。可能であれば、ライトがメモリに保存されている間にコントロールビームをオフにしてください。この図は、グラジエント磁気コイルの1つがオンになったときの典型的なヘテロダイン幅のラーメンラインを示しています。

細い実線は、ヘテロダイン測定のデータを示しています。振動は、プローブ光と局部発振器光の間のビートによるものです。破線の曲線は、このデータの包絡線、つまりラーメンの線の幅の形を示しています。

ここでは、短い保存時間の一般的な平均効率勾配エコーメモリ信号をこのプロットに示しています。赤い曲線は入力パルス強度プロファイルを示し、青い曲線はメモリの出力を示しています。磁気勾配コイルは10マイクロ秒で切り替えられました。

再現されたエコーは、破線の右側に表示されます。スイッチ前の出力の強度がゼロでないことは、光漏れの証拠です。この高効率グレーディングエコーメモリは、時間や周波数空間でのパルスの整形や、量子中継器の構築など、さまざまな実験に使用できます。

高出力レーザーでの作業は非常に危険であることを忘れないでください。この手順を実行するときは、常にレーザー安全ゴーグルを着用してください。