[发明专利]单一光子产生装置及量子位读取装置和方法

权利要求书

1.一种产生单一光子的方法，其包括：

准备包括共振角频率ω_c的共振腔模式的光学共振腔；

准备包含在所述光学共振腔中的材料，其包括低能态|g＞和高能态|e＞，并且包括被外场所改变的|g＞→|e＞之间的跃迁角频率ω_a；

向所述材料施加角频率ω_l不同于共振角频率ω_c的光；以及

向所述材料施加第一外场以改变跃迁角频率ω_a以便与角频率ω_l共振，使得材料的状态被变换到高能态|e＞，并随后向材料施加第二外场以改变跃迁角频率ω_a以便与共振角频率ω_c共振，使得材料的状态被恢复到低能态|g＞。

2.如权利要求1所述的方法，其中，施加所述第一外场以使得跃迁角频率ω_a在π/Ω的时间段内等于角频率ω_l以便将材料的状态变换到高能态|e＞，并随后施加所述第二外场以使得跃迁角频率ω_a在π/g的时间段内等于共振角频率ω_c以便使材料的状态恢复到低能态|g＞，Ω是指示角频率ω_l的光与双态物理体系的耦合量值的拉比角频率，g是指示共振腔模式与双态物理体系的耦合量值的耦合常数。

3.如权利要求1所述的方法，其中，施加所述第一外场以改变跃迁角频率ω_a以便在长于1/Ω并短于T的时间段内跨越ω_l-Δ/2与ω_l+Δ/2之间的角频域以便将材料的状态变换到高能态|e＞，并随后施加所述第二外场以改变跃迁角频率ω_a以便在长于1/g并短于T的时间段内跨越ω_c-Δ/2与ω_c+Δ/2之间的角频域以便使材料的状态恢复到低能态|g＞，Ω是指示角频率ω_l的光与双态物理体系的耦合量值的拉比角频率，g是指示共振腔模式与双态物理体系的耦合量值的耦合常数，T是|g＞→|e＞之间的跃迁的纵向松弛时间，Δ是均匀加宽。

4.如权利要求1所述的方法，其中，施加所述第一外场以使得跃迁角频率ω_a在π/Ω的时间段内等于角频率ω_l以便将材料的状态变换到高能态|e＞，并随后施加所述第二外场以改变跃迁角频率ω_a以便在长于1/g并短于T的时间段内跨越ω_c-Δ/2与ω_c+Δ/2之间的角频域以便使材料的状态恢复到低能态|g＞，Ω是指示角频率ω_l的光与双态物理体系的耦合量值的拉比角频率，g是指示共振腔模式与双态物理体系的耦合量值的耦合常数，T是|g＞→|e＞之间的跃迁的纵向松弛时间，Δ是均匀加宽。

5.如权利要求1所述的方法，其中，施加所述第一外场以改变跃迁角频率ω_a以便在长于1/Ω并短于T的时间段内跨越ω_l-Δ/2与ω_l+Δ/2之间的角频域以便将材料的状态变换到高能态|e＞，并随后施加所述第二外场以使得跃迁角频率ω_a在π/g的时间段内等于共振角频率ω_c以便使材料的状态恢复到低能态|g＞，Ω是指示角频率ω_l的光与双态物理体系的耦合量值的拉比角频率，g是指示共振腔模式与双态物理体系的耦合量值的耦合常数，T是|g＞→|e＞之间的跃迁的纵向松弛时间，Δ是均匀加宽。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述光学共振腔是单面法布里-珀罗共振腔。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述材料是包含在晶体中的稀土离子，|g＞→|e＞之间的跃迁对应于稀土离子的f-f跃迁，并且所述外场是电场或磁场。