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Exponentially Improved Quantum memory

Description du projet

Amplifier l’interférence supprime la diffusion de la lumière dans les dispositifs de mémoire quantique performants

La mémoire quantique est une interface entre la lumière et la matière (atomes) basée sur le stockage et la récupération d’informations quantiques photoniques ou l’état quantique d’un photon. Un objectif primordial de l’optique quantique est d’améliorer l’efficacité et le contrôle des interactions entre les photons et les milieux atomiques. L’émission spontanée dans laquelle les photons sont absorbés par les atomes puis dispersés de manière indésirable constitue un défi de taille. La radiance sélective est un phénomène récemment décrit qui permet une suppression significative de la diffusion par une forte interférence dans l’émission entre les atomes. Le projet ExIQ, financé par l’UE, évalue ce phénomène théorique de manière expérimentale dans le but de démontrer les performances de la mémoire quantique avec une très faible marge d’erreur, en soutenant le développement de futurs réseaux quantiques.

Objectif

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.

Coordinateur

HUMBOLDT-UNIVERSITAET ZU BERLIN
Contribution nette de l'UE
€ 162 806,40
Adresse
UNTER DEN LINDEN 6
10117 Berlin
Allemagne

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Région
Berlin Berlin Berlin
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 162 806,40