Mémoire quantique avec un ensemble atomique

Thierry CHANELIÈRE

IRCOQ, 2 Nov 06

|01.0|99.0

Mémoire quantique ? Mémoire atomique:

Définir superpositions 2 états Long temps de cohérence (mémoire) Interface qubit «statique» / qubit «volant»:

stocker et relire – échange cohérent

Stocker sans relire: Computing Mesure

Relire sans stocker: Préparation de la mémoire puis relecture Mémoire probabiliste: Protocole DLCZ - Nature,

414, 413 (2001)

Stockage quantique et mémoire quantique

Stockage de champ lumineux non-classique

Mémoire atomique = stockage de qubits

Et si on stocke un photon que l’on utilise comme qubit ?

Qubits «volants» et «statiques»

Qubits «volants»:

Photons codés en polarisation Var. discrètes Qubits «statiques»: Atomes

Bien isolés ~ longs temps de cohérence Atome unique comme qubit (naturel) ± cavité QED :

Tour de force expérimental (couplage ?) Ensemble atomique: excellent couplage mais description

délicate (Superradiance)

MOT Rb85 (D1-line, 795nm)

The team

Dzmitry MatsukevichShau-Yu LanCorey CampbellRan Zhao

Graduate Students

Undergraduate

Tamar NeumannDavid McCannAaron Boyd

Postdoc:

TC

Alex Kuzmich

Experiment:

Stewart JenkinsAustin Collins

Graduate Students

T.A. Brian Kennedy

Theory:

Michael S. Chapman

In collaboration with

Sponsors:Sloan Foundation

NSF - NASA - ONR

www.physics.gatech.edu/qoptics/

Inspirée de la thèse de D. Braje (Harris)

EIT - «Lumière arrêtée»Contrôler la transparencepar un champ de couplage.

Dark-State Polaritons in ElectromagneticallyInduced Transparency M. Fleischhauer & M. Lukin,Phys. Rev. Lett. 84, 5094 (2000)

Storage of Light in Atomic Vapor, Phillips et al.,Phys. Rev. Lett. 86, 783 (2001)

Observation of coherent optical informationstorage in an atomic medium using haltedlight pulses,Liu C et al.,Nature, 409, 490 (2001)

Transparence induite - EIT

Contrôler la transparence par un champ de couplage (effet NL)

Système en

couplage

signalsignal

Couplage

M. Fleischhauer & M. Lukin, Phys. Rev. Lett. 84, 5094 (2000)

2signal gV

on on

S

couplage

S

«lumière arrêtée» en pratique

«lumière arrêtée»=

EIT

+

STIRAPs

Une source de photons uniques

Vide comprimé (paires) produit par un ensemble source (FWM dans un MOT – Harris 2005)

uniquephoton 0

fock 1

1

classique1|

n

IgSS

S

I

SOURCE

11.014.0

Stockage de photons uniques

Résultats prometteurs chez Lukin:Eisaman et al.,Nature 438, 837 (2005)

S

I

S

S

Couplage

SOURCE

«lumièrearrêtée» 11.036.0

Stockage de photons uniques:Storage and retrieval of single photons transmitted between remote quantum memoriesT. Chanelière et al., Nature, 438, 833 (2005).

Temps de cohérence de 11s (en 2005) Limité par le champ magnétique AC www.physics.gatech.edu/qoptics/

Efficacité: 6%Mémoire quantique ?

Stockage de photons uniques / mémoire quantique

11.036.0

Qubit en polarisation

Photons: OkAtomes:

F=3F=2

EIT et Polarisation

Ens polariséStockage possible de

deux polarisations Ens non-polarisé:

Etat atomique initialPolarisation couplage-

signal

0

0 F=30F=2

F=3

? ?

a

ensemble

HhN

00001

0

+1

0

S

C

-1

-2h

0

+1

0

S

C

-1

-2v

a

ensemble

VvN

00001

Polarisation couplage-signal

Ensemble non-polarisé

Transparence

imparfaite pourS

C

0

0 F=30F=2

F=3

S

S

exp 2.16 0.03 2S

SS -

Stockage d’un qubit en polarisation

Ensemble polariséFaiblement polarisé

En réalité, on vérifie l’intrication en polarisation I & (S après stockage)

Entanglement of remote atomic qubits,

D. N. Matsukevich et al.

PRL., 96, 030405 (2006).

S

I

S

Couplage

m=0

ISIS ,,

Mémoire quantique 1 qubitlifetime - dizaines de microsecondes

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Mémoire classique 8589934592 bitsPrix: $248

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Mémoires modernes - conclusion

Stockage imparfait (efficacité & modification)Mais quantique !

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