Storage of Single Photons in Atomic Vapor
Final Report Abstract
Dieses Projekt zielte auf den Aufbau eines Systems ab, mit dem nicht-klassische Zustände des Lichtes, im Grenzfall einzelne Photonen, erzeugt, modifiziert und gespeichert werden können. Motivation waren Anwendungen für die Quanteninformationsverarbeitung, bei der Licht die Rolle des Überträgers von Quanteninformation über große Distanzen oder von einem System auf ein andres spielt. Die Speicherung wurde in atomarem Cs-Gas bei Raumtemperatur mit Hilfe der elektromagnetisch induzierten Transparenz angestrebt. Zu diesem Zweck wurde erfolgreich ein Lasersystem für die EIT-Spektroskopie an Cs aufgebaut und EIT sowohl experimentell als auch theoretisch intensiv untersucht. Einen weiteren Schwerpunkt des Projekts bildete der Aufbau einer Quelle für schmalbandige Photonen. Es wurde parametrische Down-conversion (Typ-Il) innerhalb eines Resonators verwendet, um Photonenpaare mit einer spektralen Bandbreite von unter 3 MHz mit hoher Rate zu erzeugen. Die Quelle ist die hellste existierende ihrer Art und ermöglichte somit zum ersten Mal die Durchführung auch komplexerer Experimente, die ein höheres Signal (d.h. eine höhere Rate) erfordern. Experimente zur Modifikation des Wellenpaketes einzelner Lichtimpulse im Intensitätsbereich einzelner Photonen konnten mit dem neuen Aufbau erstmals durchgeführt werden. Das Projekt hat eine Reihe von Nachfolgeprojekten motiviert. In Vorbereitung, bzw. bereits beantragt sind Experimente zur (1) Konversion schmalbandiger Photonen im Telekombereich. (2) Übertragung von Verschränkung zwischen unterschiedlichen physikalischen Systemen (Halbleiterquantenpunkte und atomare Systeme) sowie (3) breitbandige (GHz) Speicherung von Photonen mittels eines Raman-Schemas in Cs.
Publications
- Semiconductor Quantum Bits, World Scientific. (ISBN: 978-981-4241-05-2)
Henneberger, F. and Benson, O.
- Narrow-Band Single Photons from a Single-Resonant Optical Parametric Oscillator Far Below Threshold, Appl. Phys. Lett., 91. 191104(2007)
M. Scholz, F. Wolfgramm. U. Herzog, and O. Benson
- Theory of biphoton generation in a single-resonant optical parametric oscillator far below threshold, Phys. Rev. A77, 023826 (2008)
Ulrike Herzog, Matthias Scholz, and Oliver Benson
- A robust phase-lockod diode laser system for EIT experiments in Cesium, Applied Physics B 94,429 (2009)
Höckel, D, Scholz, M, and Benson, O
- Analytical treatment of spectral properties and signal-idler intensity correlations for a double-resonant optical parametric oscillator far below threshold, Optics Communications 282, 3518-3523 (2009)
Scholz, M, Koch, L, and Benson, O
- Electromagnetically induced transparency experiments in cesium vapour - Towards single photon operation, AIP Conference Proceedings 1110, 253-256 (2009)
Höckel, D, Scholz, M, and Benson, O
- Single-mode operation of a high-brightness narrow-band single-photon source, Applied Physics Letters 94, 201105 (2009)
Scholz, M. Koch, L. Ullmann, R. and Benson, O.
- Statistics of Nan-ow-Band Single Photons for Quantum Memories Generated by Ultrabright Cavity-Enhanced Parametric Down-Conversion, Physical Review Letters 102, 063603 (2009)
Scholz, M, Koch, L, and Benson, O
- Ultra-Narrow Bandwidth Spectral Filtering for Long Range Free-Space Quantum Key Distribution at Daytime, Optics Letters 34, 3169(2009)
Höckel, D, Koch, L, Martin, E, and Benson, O
- An Ultranarrow bandpass filter system for single-photon experiments in quantum optics, Review of Scientific Instruments 81, 026108 (2010)
Höckel, D, Martin, E. and Benson, O
