[发明专利]里德堡原子拉比振荡装置及方法

说明书

本公开提供了一种里德堡原子拉比振荡装置及方法，其方法包括：S1、分别打开探测光和耦合光通过里德堡原子拉比振荡装置将原子由基态激发到里德堡原子态；S2、绝热关断耦合光并等待一时间间隔；S3、打开耦合光，原子跃迁到激发态，并且受到步骤S2中存储时间的影响，激发态跃迁到基态并放出一个光子。本公开制备的里德堡原子单光子制备以及高保真多光子探测拥有超过普通原子的作用，在量子通信领域将拥有广大的应用前景。

技术领域

本公开涉及量子信息领域，尤其涉及一种里德堡原子拉比振荡装置及方法。

背景技术

超原子在量子信息领域具有很大的应用前景，因为它与光的相互作用强于普通原子与光的相互作用，能够用来实现制备单光子源以及高保真多光子探测器。

目前研究大多是普通原子，并没有关于超原子领域的深入研究，如何利用超原子能够显著提高原子吸收光的效率，未来将会有更大的应用前景。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种里德堡原子拉比振荡装置及方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种里德堡原子拉比振荡装置，顺次设置包括：第一二向色镜、第一透镜、铷原子、第二透镜、第二二向色镜；

探测光顺次通过第一二向色镜和第一透镜传输至铷原子；

耦合光传输方向与探测光相反，顺次通过第二二向色镜和第二透镜传输至铷原子。

在本公开的一些实施例中，还包括磁光阱，所述铷原子设置于磁光阱中，用于减小原子间的热运动，去除由于多普勒效应带来的非均匀加宽。

在本公开的一些实施例中，还包括单光子探测器，用于探测读取出的单光子信号；所述单光子探测器设置于所述第二二向色镜一侧，所述第二二向色镜另一侧设置有上述第二透镜。

在本公开的一些实施例中，还包括干涉滤光片，设置于所述第二二向色镜与所述单光子探测器间，用于滤去噪声。

在本公开的一些实施例中，所述第一二向色镜用于通过所述探测光并反射所述耦合光；所述第二二向色镜用于反射所述耦合光并透过所述探测光。

在本公开的一些实施例中，经所述第二二向色镜反射的所述耦合光与所述探测光重合且反向传输。

根据本公开的一个方面，还提供了一种利用如前所述的装置进行里德堡原子拉比振荡的方法，包括步骤：

S1、分别打开探测光和耦合光通过里德堡原子拉比振荡装置将原子由基态激发到里德堡原子态，探测光单光子被原子吸收，单光子探测器未探测到单光子信号；激发到里德堡原子态的里德堡原子为

其中N_m为阻塞半径R内的原子数，Δk为耦合光与探测光波矢之差；

S2、绝热关断耦合光并等待Δt的时间间隔，Δt为存储时间；

S3、打开耦合光，原子跃迁到激发态并且受到步骤S2中存储时间的影响，激发态跃迁到基态并放出一个波矢为k_p的光子，该光子与步骤S1中吸收的光子传播方向相同，转换效率为η，即

在本公开的一些实施例中，在步骤S3后还包括步骤：

S4、|R_m与|E_m之间的拉比频率为

其中，为单个原子与光相互作用时的拉比频率。

在本公开的一些实施例中，所述步骤S1中还包括子步骤：