[发明专利]光学锁定光子回波装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光子回波装置及其方法，特别涉及一种包括具有3个能级的非线性光介质和生成在光介质的能级之间共振的至少5个光脉冲的光脉冲发生部的光学锁定光子回波装置及其方法。

背景技术

从需要较短存储时间的量子电脑到需要较长存储时间的长距离量子密码等量子通讯，在量子信息的进行过程中量子信息存储是必要的组成因素。

与所有经典光存储器一样，量子存储器的性能也取决于写入速度、宽带及存储时间。虽然已经成功证明利用静止光的慢速光量子存储器能存储量子数据，但是存在有限的存储时间和只能使用一个量子信息的局限性，这成为量子通讯的绊脚石(参考“Nature”第409卷(2001年)第490-493页中由C.Liu撰写的内容)。

另一方面，最近光子回波由于有着高速处理、宽带及长时间存储的特性，所以为了将光子回波应用到量子存储器上，一直做着集中性研究(参考“Phys.Rev.Lett.”第100卷(2008年)第023601页由G.Hetet撰写的内容；“Nature”第461卷(2009年)第241-245页由B.Hosseini撰写的内容)。

并且，已实验成功，光子回波利用掺杂稀土元素的光介质直接展示光子信息存储的技术(参考“Nature”第456卷(2008年)第773-777页由H.deRiedmatten撰写的内容)。

要想作为光存储器使用，双脉冲光子回波的回波效率性应高于50％。但是双脉冲光子回波，其存储时间受限于相移时间，在掺杂稀土元素的光介质中大约为100μs。

三脉冲光子回波的存储时间受限于光粒子数转移时间，并与光相移时间相似。与双脉冲光子回波不同，三脉冲光子回波由于光粒子数转移引起的相干损失，存储信息的50％以上无法恢复。

最近，为了克服目前的上述光子回波的问题，提出了不仅仅提高恢复效率性，还可以延长存储时间的修改方法。有关存储时间的修改方法中只有一个方法取得了成功，即光频梳(Atomic Frequency Comb，AFC)方法。(参考“Phys.Rev.A”第79册(2009年)第052329页由M.Afzelius撰写的内容)。但是AFC的问题在于为了形成准确的光谱光栅(Spectral Grating)需要连续入射数百个由较弱的两个光脉冲形成的光脉冲，所以需要较长的准备时间。

光学锁定回波方法中，存储时间是将光相移时间延长为自旋相移时间。但是在非均匀自旋介质中，自旋相移时间可能变短，这与非均匀自旋相位的分布幅度呈反比(参考“arXiv”0911.3869(2009年)由B.S.Ham撰写的内容，“Opt.Commun.”第247册(2005年)第393-403页由M.Nilsson撰写的内容)。

并且，锁相光子回波或者是共振的喇曼回波，在存储时间内发生光相干损失(参考“NaturePhoton.”第3册(2009年)第518-522页由B.S.Ham撰写的内容)。

并且，利用梯度回波(Gradient Echo)修改的双脉冲光子回波方法中，由于利用外部施加的直流电压或者磁场变化度实现相位反转，所以能消除用于一般光子回波中相位反转光脉冲引起的自发放出噪声(Noise)(参考“Phys.Rev.Lett”第100册(2008年)第023601页由S.Hetet撰写的内容)。但是存储时间仍受限于光相移时间，此时间比千分之一秒还要短。

发明内容

本发明是以解决上述的技术课题为目的，提供了一种光学锁定光子回波装置及其方法，可以解决受限的回波效率性问题，克服受限于自旋相移时间的现有存储时间的制约。

同时，与现有的锁相光子回波形式不同，本发明不仅锁定了光粒子数转移，而且各自原子相位演化(phase evolution)也停止了。因此本发明的目的在于，延长存储时间既要具有50％以上的恢复效率性，还要延长至最高自旋粒子数转移时间。具体说明的话，自旋粒子数转移时间与现有所有光子回波存储时间的极限值即自旋相移时间相比长几万倍以上。

并且，本发明的目的又在于，在存储时间内不发生锁相光子回波或者共振的喇曼回波一样的光相干损失，而且与锁相光子回波不同，凭借三脉冲光子回波固有的光学锁定特性，即使在自旋非均匀增宽(spininhomogeneous broadening)引起的自旋相移中，存储时间也不发生变化。

本发明一实施例的光学锁定光子回波装置包括：非线性光介质，具有三个能级|1＞，|2＞，|3＞，从光脉冲发生部接收光脉冲输出满足相位匹配条件的输出光E；及光脉冲发生部，生成在上述光介质的上述能级之间共振的至少5个光脉冲。