光信息的可逆存储及其在量子信息中的应用

本书详细阐述了原子介质中基于不同原理的光信息的可逆存储及其在量子信息科学中的重要应用，包括光信息可逆存储的研究背景、意义和现状，光信息可逆存储的相关物理概念及理论工具，基于电磁感应透明、拉曼过程和静态光脉冲的光信息存储方案，基于光信息存储与提取的全光分束器件的设计等内容。实现光信息可逆存储的量子存储器不仅是构建量子通信网络和量子计算机的核心器件，还可以用来验证量子物理基础问题、预报单光子变为确定性单光子、提高量子逻辑门的成功概率、实现量子计量和磁测量等。本书基于作者的原创性科研成果，以期对量子存储器的发展与应用有一定的推动作用。 本书可为从事光信息的可逆存储相关领域研究的人士提供参考。

邱田会 青岛理工大学副教授。主要研究方向为量子光学和量子信息。主持国家自然科学基金青年基金和理论物理专款各一项，主持山东省自然科学基金培养基金项目一项, 作为项目组主要成员参与国家和省部级项目6项。在光的可逆存储、原子相干调控、电磁诱导周期介质性质和应用等方面发表SCI论文20余篇。

第1章 绪论 1 1.1　研究背景与意义　1 1.2　研究现状与分析　2 参考文献　3 第2章　光信息可逆存储的相关物理概念及理论工具　7 2.1　描述量子系统的3种绘景　7 2.1.1　薛定谔绘景　7 2.1.2　海森伯绘景　8 2.1.3　相互作用绘景　9 2.2　光场与物质相互作用　9 2.2.1　光场与物质相互作用的半经典理论　10 2.2.2　光场与物质相互作用的全量子理论　14 2.3　电磁感应透明　18 2.4　光的群速度减慢　21 2.5　量子纠缠　23 2.5.1　纠缠光子对的制备　23 2.5.2　纠缠态及其量度　24 2.5.3　纠缠光源的横向关联性质　25 2.6　光信息存储　27 2.6.1　光信息存储的性能指标　27 2.6.2　环形光路形式的光信息存储简介　28 2.6.3　自旋激发态形式的光信息存储简介　28 2.6.4　静态光脉冲形式的光信息存储简介　33 参考文献　33 第3章　基于EIT效应的光信息存储　41 3.1　热原子介质中的光信息存储　42 3.1.1　热原子介质中单模弱信号光场的存储　42 3.1.2　热原子介质中多模弱信号光场的存储　56 3.2　二维图像的存储　64 3.2.1　两幅二维图像的同时存储　64 3.2.2　二维图像的优化存储　71 3.3　纠缠光的存储　79 3.3.1　热原子介质中纠缠光的存储与提取　80 3.3.2　双模纠缠波包的存储　87 3.4　本章小结　94 参考文献　95 第4章　基于拉曼过程的频率纠缠和极化 频率纠缠的高效制备　99 4.1　纠缠光子对与原子相互作用模型　100 4.2　系统哈密顿量　101 4.3　理想情况下的频率纠缠制备　102 4.4　高效制备频率纠缠的条件　103 4.5　极化 频率纠缠的制备　106 4.6　多普勒展宽的影响　106 4.7　本章小结　108 参考文献　108 第5章　静态光脉冲形式的光信息存储　110 5.1　静态光脉冲的优化产生　110 5.1.1　静态光脉冲的优化制备　113 5.1.2　高维静态光脉冲的产生和操控　116 5.2　静态纠缠光子对的相干产生和操控　120 5.2.1　理论模型和运动学方程　120 5.2.2　静态光子对的相干产生和操控　123 5.2.3　静态纠缠光子对的相干产生和操控　125 5.2.4　多自由度静态纠缠光子对的相干产生和操控　126 5.3　本章小结　128 参考文献　128 第6章　光信息存储与提取的应用　130 6.1　基于光信息存储的全光分束器　130 6.1.1　全光强度分束器　131 6.1.2　全光偏振分束器　138 6.2　基于光信息存储的图像加法器和减法器　146 6.2.1　模型简介　147 6.2.2　图像加法器　148 6.2.3　图像减法器　148 6.2.4　原子扩散效应　151 6.3　本章小结　153 参考文献　154