被动光子原子量子位交换操作
2018-09-18
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单光子和单量子发射器之间的确定性量子相互作用是远程系统之间量子信息分布的重要组成部分。之前已经使用包括有源反馈或同步控制脉冲的协议证明了确定性光子-原子状态转移。近期，来自以色列魏茨曼科学研究所的Barak Dayan及其同事演示了单个光子和单个原子的状态之间的被动交换操作。该方法潜在的机制是单光子拉曼相互作用-基于干涉的方案，其导致两个光子模式与Λ-系统的两个基态之间的确定性相互作用。该研究团队使用耦合到单Rb原子的纳米纤维耦合微球谐振器，将光子量子位交换到原子并返回，证明在两个方向上超过2/3的经典阈值的保真度。在这个同时写入和读取过程中，带有原子量子位读出的返回光子也预示着写入光子的成功到来。这个单步门不需要控制场，而是在原子腔增强自发发射的时间尺度上自动发生。这种机制适用于任何波导耦合的Λ系统，也可用于构建通用门，为量子信息系统的模块化扩展提供了通用的构建模块。
图 两种配置中原子对光子交换过程的实验结果
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