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Exponentially Improved Quantum memory

Projektbeschreibung

Verstärkung der Interferenz führt zur Unterdrückung der Lichtstreuung in effizienten Quantenspeichervorrichtungen

Der Quantenspeicher ist eine Schnittstelle zwischen Licht und Materie (Atomen), der auf dem Speichern und Abrufen von photonischen Quanteninformationen oder dem Quantenzustand eines Photons basiert. Die Quantenoptik hat das übergeordnete Ziel, die Effizienz und Kontrolle der Wechselwirkungen zwischen Photonen und atomaren Medien zu verbessern. Eine große Herausforderung ist die spontane Emission, bei der Photonen von Atomen absorbiert und dann auf unerwünschte Weise gestreut werden. Die selektive Strahlung ist ein kürzlich beschriebenes Phänomen, bei dem eine starke Emissionsinterferenz zwischen Atomen eine erhebliche Unterdrückung der Streuung ermöglicht. Das EU-finanzierte Projekt ExIQ untersucht dieses theoretische Phänomen experimentell, um die eine Quantenspeicherleistung mit einer sehr geringen Fehlerquote zu erreichen und die Entwicklung zukünftiger Quantennetzwerke zu unterstützen.

Ziel

We plan to demonstrate a new approach towards quantum memories based on a theoretical proposal which is centered around the phenomenon of selective radiance. Selective radiance occurs when the distance between emitters around a waveguide is smaller than the wavelength of the emitters. In this case destructive interference suppresses light scattering into all modes except the forward propagating target mode. This drastically reduces photon losses and increases the efficiency of the quantum memory operation. The error rate of such a new type of quantum memory scales with the optical depth (OD) as exp(-OD) in contrast to the previously established 1/OD. We plan to implement this new scheme with atomic emitters coupled to a nanofiber. Nanofiber based atom-light interfaces are versatile and scalable platforms which allow to precisely study these fundamental quantum effects and at the same time allow for easy integration into fiber based applications. The effect of selective radiance depends upon a lattice with a period smaller than the emitter wavelength. This will be achieved through an appropriate new choice of the laser wavelengths used in the optical trapping scheme. For best memory performance all lattice sites need to be filled. To realize this we use a collisional blockade effect in a Lambda-enhanced gray molasses cooling which ejects one atom every time two or more atoms are present at a lattice site. To optimize the quantum memory performance we will perform an in-depth study of the phenomenon of selective radiance by analyzing the transmission spectrum, the scattering into free space and by ring-down measurements. In the last step we will demonstrate the quantum memory performance and the exponential scaling with OD. The successful demonstration of this type of quantum memory is an important steps towards large distance distribution of quantum information and paves the way for future quantum networks.

Schlüsselbegriffe

Koordinator

HUMBOLDT-UNIVERSITAET ZU BERLIN
Netto-EU-Beitrag
€ 162 806,40
Adresse
UNTER DEN LINDEN 6
10117 Berlin
Deutschland

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Region
Berlin Berlin Berlin
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
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Gesamtkosten
€ 162 806,40