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最近几年,量子通信研究领域得到了蓬勃发展,并在实验上取得了重大突破。在实现量子通信的广泛应用中,量子中继器是实现量子信息长距离传输必不可少的部件,它可以很好地补偿光信号在传输过程中量子态的损失。光的量子存储是量子中继器的必要组成部分。因此研究便利的光量子存储具有重大科学研究意义。
本论文基于受控可逆非均匀展宽的光子回波技术,提出了一个在二能级原子系综上能有效对光信号进行量子存储的方案。利用外场控制存储介质的非均匀展宽,从而实现对光信号的量子存储。
我们首先利用一组麦克斯韦-布洛赫方程去描述整个系统的演化。通过分析麦克斯韦一布洛赫方程中隐藏的时间对称性。并从该对称性出发,在无需求解方程的情况下分析了受控可逆非均匀展宽的基本原理,和利用该原理进行光量子存储的方案分析。我们求解了在展宽的宽度与位置无关时系统的存储效率问题。结果表明,向后传播的光信号比向前传播的光信号具有更大的存储效率。但为了得到向后传播的输出信号,必须使用额外的π脉冲进行相位变化。而向前传播的输出信号光则由于存储介质的再吸收现象,使得信号的存储效率受到限制。
最后,我们研究分析了在受控非均匀展宽与位置呈线性时,系统的存储效率等问题。我们通过数值计算分析了光学深度,非均匀展宽的宽度,存储时间等因数对存储效率的影响。研究表明了,在这个模型中,当系统具有足够的光学深度时,系统对光信号的存储效率可以接近100%。而不同的非均匀展宽存在一个可以使得系统的存储效率达到最佳的宽度。最后我们还计算了输出光信号的相位变化,并讨论了相位变化与存储时间的关系。