【摘要】：光子与物质系统互相作用是构建基于量子中继的长距离量子网路的基本要求,这些量子网路可以克服光子传输过程中随着距离降低讯号指数衰减的问题,因而降低纠缠分发的距离。由于长的相干时间和宽的储存带宽,固态的稀土参杂晶体成为能可靠储存光子的量子储存器。研究这些固态量子储存的工作包括发展适用于储存晶体的量子光源和提高量子储存器性质等。在这篇论文中,我们研究了两种分别适用于Nd~(3+):YVO_4和Pr~(3+):储存晶体的量子光源,据悉我们还探求了提高Pr~(3+):晶体载流子波储存效率的办法。本文的主要内容包括:1.我们第一次发觉了在带宽受限时,自发热阻下转换形成光子轨道角动量高维纠缠过程中会出现相位匹配的问题。这些相位匹配问题是因为拉盖尔高斯模式的空间发散引发的。我们通过追踪拉盖尔高斯模式的空间发散设计了一种年轮型的准相位匹配晶体。借助这些晶体可以提高窄带的轨道角动量纠缠的维度和纠缠态的质量。这些纠缠可以被储存到Nd~(3+):YVO4晶体中量子传输速率量子传输速率,也可以在未来基于高维纠缠的网路中发挥作用。2.我们搭建了一套基于腔提高热阻下转换的超窄带量子光源。这些超窄带非简并光子对的线宽大概为2MHz,其中闲置光子波长为c-波段通信窗口光子,讯号光子波长为606nm,适用于Pr~(3+):晶体量子储存。据悉,我们还实现了通信波段预报的加载轨道角动量量子比特的单光子储存。3.我们在原子频度梳储存方案中实现了第一个反向读出讯号的实验,实验使用的储存晶体Pr~(3+):晶体。这些方案原则上可以解决正向读出时讯号重复吸收的问题。反向的讯号读出是借助一对空间上方向相反的控制光脉冲来实现的。我们还在固态体系中验证了时间-反转循环优化输入脉冲波形的操作,观察到了脉冲波形优化带来的储存效率的提高。
