Sıcak Atom Vapor Gradient Echo Kuantum Hafıza

Bu prosedürün genel amacı, manyetik alan gradyanları kullanarak sıcak rubidyum buharı içinde bir ışık palsinin depolanması ve geri çağrılmasıdır. Bu işlem, öncelikle rubidyum buharında Raman absorbsiyonu için gereken frekanslarda ışık demetleri üretmek amacıyla elektro-optik modülatörler ve optik boşluklar kullanılarak gerçekleştirilir. İkinci adım, hafızada depolanacak palsleri şekillendirmek ve Raman absorbsiyonunu mümkün kılan kontrol demetinin frekansını hassas bir şekilde ayarlamak için elektro-optik modülatörlerin kullanılmasıdır.

Ardından, ışık darbeleri, absorpsiyonu boyuna bir manyetik alan gradyeni ile uzaysal olarak genişletilmiş bir rubidiyum hücresinde depolanır. Son adım, atomik koherensin evrimini tersine çevirmek için manyetik gradyeni tersine çevirmek ve böylece bir foton ekosu süreciyle depolanan ışık darbelerini geri çağırmaktır. Son olarak, geri çağrılan foton ekosunun özelliklerini ölçmek için homodin deteksiyon kullanılır.

Bu tekniğin mevcut yöntemlerimize göre temel avantajı, kanıtlanmış en yüksek verimliliğe sahip olmasıdır. Belleğin bir alan için özgün doğası, ışık darbelerinin frekans bileşeninin bir gaz hücresi boyunca depolanabileceği anlamına gelir. Bellek daha sonra, depolanan ışığın spektral manipülasyonu için kullanılabilir.

İki adet halka rezonatör özel olarak imal ederek deneye hazırlanın. Kavite ara parçası için toplu alüminyumdan yapılmış içi boş bir silindir seçin. Bu silindir yaklaşık 25 santimetre uzunluğundadır.

Uç kapaklarında aynı yansıtıcılığa sahip iki düz ayna hazırlayın. Bunları, dikkatli bir işleme ile boşluk ara parçasının (cavity spacer) bir ucuna monte edin. Aynaların yapıştırılmasına gerek yoktur.

Ardından, boşluk ara parçasının karşı ucu için bir uç kapağın içine bir O-ring yerleştirin. O-ring üzerine maksimum yansıtıcılığa sahip kavisli bir ayna yerleştirin. Aynanın üzerine bir piezoelektrik aktüatör yerleştirin ve uç kapağı boşluk ara parçasına monte edin; uç aynanın hızlı şekilde hareket ettirilmesini sağlamak için uç kapağın elemanlarını boşluk ara parçası üzerine sıkıştırın.

Şimdi bellek düzeneği üzerindeki çalışmalara başlayın. Burada, izotopik olarak zenginleştirilmiş rubidyum 87 içeren ve yansıma önleyici kaplamalı pencerelere sahip 20 santimetrelik uzun bir hücre kullanın; ayrıca 0,5 tor Kripton tampon gazı kullanın ve deneyler için manyetik olmayan ısıtma teliyle sarılmış bir hücre kullanın. Bu şemada yeşil renkle gösterilen bellek hücresi, üç eş merkezli solenoid içine yerleştirilecektir.

Lineer olarak değişen bir manyetik alan oluşturmak üzere tasarlanmış, değişken hatveye sahip iki özdeş iç solenoid bulunmaktadır. Bunlar, ilgili alanların gradyanlarının birbirine zıt yönde olacağı şekilde monte edilmiştir. Solenoidler arasında geçiş yapılması, atomik topluluktaki gradyanları tersine çevirir; böylece optik darbenin yeniden fazlanması ve ışığın bellekten geri çağrılması sağlanır.

Üçüncü dış solenoid, XEOMIN seviyelerinin dejenereliğini kaldırmak için bir DC manyetik alan üretecektir. İç solenoidleri yapmak için, gerekli değişken hatveli spirali belirlemek amacıyla simülasyonlar kullanın ve bunun grafiğini yazdırın. Teli sararken kılavuzluk etmesi için grafiği bir PVC borunun etrafına sarın.

Bobinler, kenar etkilerinden kaçınacak ve çoğunlukla boyuna alanlara sahip olacak şekilde tasarlanmalıdır. Üç solenoidi sardıktan ve birleştirdikten sonra, bunları iki kat mu-metal ile manyetik olarak izole edin. Deneyde, 795 nanometredeki Rubidium D1 çizgisine yakın bir değere ayarlanmış tek modlu bir lazer kullanılmaktadır.

Bir ışın ayırıcı kullanarak ve doğal rubidiyum izotopik oranına sahip ısıtılmış bir hücreden bir ışın geçirerek frekansı izleyin. Kontrol ışınının yaklaşık frekansını elde etmek için, F = 2'den F' = 2'ye geçişin yaklaşık 1,5 gigahertz üzerinde bir frekansla rezonans yakınındaki saçılmayı bir kamera yardımıyla gözlemleyin. Optik yol boyunca ilerleyerek, bir kontrol ışını ve bir prob ışını oluşturmak için bir ışın ayırıcı kullanın.

Prob ışını, fiberle kenetlenmiş bir elektro-optik modülatör ve halka boşluklarından biri üzerinden ilerlemeye devam eder. Prob ışınını kontrolden saptırmak için 6,8 GHz mikrodalga kaynağı tarafından sürülen fiberle kenetlenmiş elektro-optik modülatörü kullanın. Halka boşluğunu pozitif 6,8 GHz yan bandıyla rezonansa kilitleyerek yan bantları ortadan kaldırın.

Bir sonraki ışın ayırıcı, prob ışınını frekans ve yoğunluğunun hassas kontrolüne olanak sağlamak amacıyla bir kuo optik modülatörüne yönlendirir. Modülatör, hücrede depolanacak hassas bir ışık darbesi üretmek için modüle edilmiş bir Gauss dalgasıyla sürülür. Prob ışınının ikinci bir halka boşluktan geçmesini sağlayın.

Kavitenin ters moduna enjekte edilen yardımcı bir kilitleme ışını kullanarak kaviteyi prob ışını frekansına kilitleyin. Kontrol ışınının yansıdığı kavite çıkış aynasında prob ışını ile kontrol ışınını yeniden birleştirin. Bellek hücresine girmeden önce, yeniden birleştirilen prob ve kontrol ışınlarını bir çeyrek dalga plakasıyla yaklaşık olarak özdeş dairesel polarizasyona sahip olacak şekilde ayarlayın. Bellek hücresinden sonra, 140 °C'deki doğal bir rubidyum karışımı ile doldurulmuş bir filtre hücresi kullanarak kontrol ışınını yayılan ışıktan ayırın.

Ardından, prob darbelerini neredeyse doğrusal polarizasyona dönüştürmek için ikinci bir çeyrek dalga levhası kullanın. Prob demeti için homodyne deteksiyon düzeneğini hazırlayın. Hafıza hücresinden sonra, frekansını kaydırmak ve detektör için bir yerel osilatör sağlamak amacıyla bir demeti üçüncü bir elektro-optik modülatöre yönlendirin.

Deney için sinyali yakalamak ve depolamak üzere, kontrol programı tarafından tetiklenen hızlı bir osiloskop kullanın. Bellek hücresinin 80 °C'de olduğundan emin olun ve prob ışını gücünü ayarlayın. Deney için bilgisayar kontrollü betiği başlatın.

Tipik bir görev döngüsü yaklaşık 120 µs'dir; osiloskop döngünün başında tetiklenir. Başlangıçta, bellek hücresinin etrafındaki iç bobinlerden biri açık, diğeri ise kapalıdır ve bu durum bir yönde manyetik gradyan oluşmasına yol açar. Sondaj ışınına ait bir darbe depolandıktan sonra, bellekteki ışığı geri çağırmak için gradyan tersine çevrilir.

Hafıza depolama süresi boyunca, hafıza işleminin etkilenmesini önlemek için gaz hücresi ısıtıcısını kapatın. Mümkünse, ışık hafızada depolanmışken kontrol demetini kapatın. Bu şekil, gradyan manyetik bobinlerden biri açıkken tipik bir heterodin genişletilmiş ramen çizgisini göstermektedir.

İnce düz çizgi, heterodin ölçümlerinden elde edilen verileri göstermektedir. Salınım, prob ışığı ile yerel osilatör ışığı arasındaki vuruştan kaynaklanmaktadır. Kesikli eğri, bu verilerin zarfını, yani genişlemiş ramen çizgisinin şeklini göstermektedir.

Burada, kısa depolama süresi için tipik bir ortalama verimlilik gradyan eko bellek sinyali bu grafikte gösterilmiştir. Kırmızı eğri giriş darbesi yoğunluk profilini ve mavi eğri belleğin çıkışını göstermektedir. Manyetik gradyan bobinleri 10 microseconds sürede değiştirilmiştir.

Geri çağrılan eko, kesikli çizginin sağında görünür. Anahtardan önceki çıkışın sıfır olmayan yoğunluğu, ışık sızıntısının kanıtıdır. Bu yüksek verimli derecelendirmeli eko belleği; zaman ve frekans düzleminde darbelerin şekillendirilmesi ve potansiyel olarak bir kuantum tekrarlayıcı inşa edilmesi gibi çeşitli deneyler için kullanılabilir.

Yüksek güçlü lazerlerle çalışmanın son derece tehlikeli olabileceğini unutmayın. Bu prosedürü gerçekleştirirken her zaman lazer güvenlik gözlüğü takın.