Electromagnetically induced transparency, chirped laser pulses, quantum information processing, inhomogeneously broadened lines, nonlinear frequency conversion
megadott besorolás
Fizika (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma)
100 %
Ortelius tudományág: Atomfizika
zsűri
Fizika
Kutatóhely
RMI - Nagyenergiás Fizikai Osztály (HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont)
résztvevők
Bakos József Demeter Gábor Dzsotján Dávid Ráczkevi Béla Sándor Nóra Katalin Sörlei Zsuzsanna
projekt kezdete
2009-05-01
projekt vége
2013-06-30
aktuális összeg (MFt)
10.163
FTE (kutatóév egyenérték)
11.88
állapot
lezárult projekt
magyar összefoglaló
A javasolt kutatási terv fő célkitűzései a kvantum-információ tárolás és feldolgozás új és megbízható módszereinek kifejlesztése és vizsgálata, amely módszerek alapja a nagy átmeneti vonalkiszélesedéssel rendelkező optikai közegben elektromágnesesen indukált átlátszóság (EIÁ) csörpölt lézerimpulzusok segítségével. Első lépésben új módszereket vizsgálunk meta-stabil állapotok koherens sötét szuperpozíciójának létrehozására inhomogén vonalkiszélesedésű, többszintes atomokban, állandó és változó frekvenciájú (csörpölt) lézerimpulzusok használatával. Ezen módszereket második lépésben felhasználjuk nagy sávszélességű fény lassítására és megállítására az EIÁ technikával. Az EIÁ kísérleti vizsgálatát szélessávú gyenge lézerimpulzusokkal tervezzük végezni, amelyek áthaladnak egy magneto-optikai csapdában hűtött és csapdázott atomfelhőn, miközben az atomokat erős, frekvencia-csörpölt lézerimpulzusokkal preparáljuk. Ugyancsak az EIÁ technikán és a csörpölt lézerimpulzusokon alapuló módszereket fogjuk használni inhomogén vonalkiszélesedésű optikai közegben nemlineáris optikai folyamatokban fellépő frekvencia konverzió hatékonyságának növelésére.
angol összefoglaló
The main objectives of the proposed project are development and investigation of new and robust methods for quantum information storage and processing based on electromagnetically induced transparency (EIT) in media with broad transition lines, using frequency chirped laser pulses. In first step, novel methods for creation of coherent dark superposition of meta-stable states will be investigated in multilevel atoms with inhomogeneously broadened transition lines using laser pulses with constant and varying in time (chirped) carrier frequencies. These methods will be utilized in the second step, for deceleration and stopping of a broadband light in the regime of EIT. Experimental investigation of the EIT will be performed for a broadband weak laser pulse propagating through a cloud of atoms cooled and trapped in a magneto optical trap in the field of a strong frequency chirped laser pulse. The same methods based on application of frequency chirped laser pulses in EIT regime will be utilized for enhancement of the frequency conversion efficiency in the nonlinear optical processes in media with inhomogeneously broadened transition lines.
Zárójelentés
kutatási eredmények (magyarul)
Projektünk fő célkitűzéseinek megfelelően több új, robusztus módszert és sémát fejlesztettünk klasszikus és kvantuminformáció tárolására és feldolgozására. Módszereinkben központi helyet foglalnak el a frekvenciamodulált (csörpölt) lézerimpulzusok. Lényeges tulajdonságuk, hogy ezek a sémák ellenállóak a lézersugárzás paramétereinek változásával szemben. Előnyük továbbá, hogy homogén, ill. inhomogén frekvenciakiszélesedésű közegekben is alkalmazhatók, beleértve a magas hőmérsékletű gázokat és szilárdtesteket. Vizsgálódásaink fontos eredményekre vezettek egyrészt inhomogén-kiszélesedett, többnívós atomok transzlációs és belső kvantumállapotainak manipulálása területén, ill. olyan atomi rendszerek esetén, ahol az atomok közti kölcsönhatást fémes nanodrótok közvetítik. Az elektromágnesesen indukált átlátszóság (EIT) jól ismert jelenségével analóg folyamatot találtunk továbbá, ahol két, frekvenciacsörpölt lézerpulzus terjed atomi közegben közel veszteségmentesen, egyszersmind robusztus módon koherenciát létrehozva az atomok metastabil állapotai között, az atomi gerjesztődés szinte teljes hiányával. Javasoltunk egy olyan sémát is, mely lehetővé teszi az atomi közeg alap- és gerjesztett állapotai közötti koherencia rendkívül robusztus létrehozását. A javasolt módszerekkel koherens szuperponált állapotokat hozhatunk létre nemlineáris, rezonáns közegekben, melyeknek fontos alkalmazásai lehetnek effektív nemlineáris hullámkeverésben és magasrendű optikai harmonikusok keltésében.
kutatási eredmények (angolul)
In accordance with the main objectives of the project, we have developed different novel robust methods and schemes for storage and processing of classical and quantum information involving frequency modulated (chirped) laser pulses. It is important that these schemes are robust against variations of laser radiation parameters as well as those of the resonance conditions. Also, the proposed schemes could be applied in media with both homogeneously and inhomogeneously broadened transition lines, including hot gases and solid-state environment. Important results are obtained in the field of coherent manipulation of inner and translational quantum states of multilevel atoms with inhomogeneously broadened transition lines and for atoms whose interaction is mediated by metallic nano-wires. An analog to the well-known effect of electromagnetically induced transparency (EIT) has been found for nearly lossless propagation of two frequency chirped laser pulses in an atomic medium with a robust creation of coherence between meta-stable atomic states, without considerable excitation of the atoms. We have proposed another scheme allowing extremely robust creation of coherence in an atomic medium between ground and excited states. The proposed schemes have allowed preparation of a nonlinear resonant medium in coherent superposition states that will have important applications in effective nonlinear wave mixing and generation of high-order optical harmonics.
G. A. Abovyan, G.P. Djotyan and G. Yu. Kryuchkyan: Visualization of superposition states and Raman processes with two-dimensional atomic deflection, Phisical Rev. A, v. 85, 013846, 2012
G. Abovyan, G. Djotyan, G.Kryuchkyan: Evidence of Raman resonance in atomic deflection, Proceedings of SPIE, 7998 , 799818, 2011
N. Sandor, J.S. Bakos, Zs. Sörlei and G.P. Djotyan: Creation of coherent superpositions between metastable atomic states in Doppler-broadened media, Journal of Physics: Conference Series, v. 350, 012002, 2012
N. Sandor, G. P. Djotyan: Propagation of Raman-resonant frequency chirped laser pulses in a medium of lambda-atoms, Proc. SPIE 8773; 87730Z, 2013
N. Sandor, G. Demeter, D. Dzsotjan, G. P. Djotyan: Matched propagation of Raman-resonant frequency chirped laser pulses, Phys.Rev.A (in print), arXiv:1302.7266 [quant-ph], 2013
G.P. Djotyan, J.S. Bakos, Zs. Sörlei, G. Demeter, N. Sándor, D. Dzsotjan, M.Á. Kedves, B. Ráczkevi, P.N. Ignácz, J. Szigeti: Frequency chirped laser pulses in atomic physics: Control of inner and translational quantum states, Modern Optics and Photonics: Atoms and Structured Media. World Scientific, pp.77-91, 2010
G. P. Djotyan, N. Sandor, J. S. Bakos, Zs. Sörlei, W. Gawlik, A. Wojciechowski, J. Zachorowski, S. Pustelny and G. Yu. Kryuchkyan: Creation and measurement of coherent superposition states in multilevel atoms, Proceedings SPIE 7998, 79981A: doi:10.1117/12.890857, 2010
G.P. Djotyan, N. Sandor, J.S. Bakos, Zs. Sörlei: An extremely robust strong-field control of atomic coherence, Optics Express, v. 19, pp. 17493-17499, 2011
G.P. Djotyan, J.S. Bakos, Zs. Sörlei, G. Demeter, N. Sándor, D. Dzsotjan, M.Á. Kedves, B. Ráczkevi: Atom Physics with frequency chirped laser pulses, Proceed. of the Intern. Conf. LASER-PHYSICS-2009, Ashtarak, pp. 21-24, 2010
D. Dzsotjan, A. S. Sørensen, and M. Fleischhauer: Quantum emitters coupled to surface plasmons of a nanowire: A Green’s function approach, Phys. Rev. B, 82, 075427, 2010
Projekt eseményei
2020-02-03 14:38:59
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: RMI - Plazmafizikai Osztály (Wigner Fizikai Kutatóközpont), Új kutatóhely: RMI - Nagyenergiás Fizikai Osztály (Wigner Fizikai Kutatóközpont).
