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Exponentially Improved Quantum memory

Descripción del proyecto

El fomento de interferencias elimina la dispersión de la luz en dispositivos de memoria cuántica eficientes

La memoria cuántica es una interfaz entre la luz y la materia (átomos) basada en el almacenamiento y la recuperación de información cuántica fotónica o el estado cuántico de un fotón. Un objetivo general de la óptica cuántica es mejorar la eficiencia y el control de las interacciones entre los fotones y los medios atómicos. La emisión espontánea en la que los fotones son absorbidos por átomos y luego dispersados de formas no deseadas es un gran problema. La radiancia selectiva es un fenómeno descrito recientemente que permite eliminar de forma considerable la dispersión a través de fuertes interferencias en la emisión entre átomos. El proyecto ExIQ, financiado con fondos europeos, evalúa este fenómeno teórico de forma experimental con el objetivo de demostrar el rendimiento de la memoria cuántica con un margen de error muy pequeño, de forma que respaldará el desarrollo de futuras redes cuánticas.

Objetivo

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.

Coordinador

HUMBOLDT-UNIVERSITAET ZU BERLIN
Aportación neta de la UEn
€ 162 806,40
Dirección
UNTER DEN LINDEN 6
10117 Berlin
Alemania

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Región
Berlin Berlin Berlin
Tipo de actividad
Higher or Secondary Education Establishments
Enlaces
Coste total
€ 162 806,40