המחקר נתמך על ידי מרכז המועצה למחקר האוסטרלי של אקסלנס לחישוב קוונטים ותקשורת וטכנולוגיה, CE110001027 מספר פרויקט.

1. כמה אלמנטים מובנים מותאמת אישית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תהודה טבעת בניסוי זה, שתי תהודה הטבעת שהתפצלה ולשלב קורות של תדרים שונים נדרשות. העיצוב של החלל הוא באיור. 2. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבנות את תהודה סביב גליל חלול של אלומיניום בתפזורת. בקצה אחד, הר שתי מראות שטוחות עם רפלקטיביות הזהה. בסופו של הדבר מול הר מראה קעורה רפלקטיביות מקסימלית. המראות לא צריכה להיות דבוקות לspacer החלל. עם עיבוד מדוקדק של spacer, הסוף הכמוס הם מספיק כדי להחזיק אותם במקום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים את המראה המעוגל עם מפעיל O-Ring ופיזואלקטריים כדי לאפשר שליטה על תדר התהודה החלל. הנח את O-Ring בין המראה וspacer החלל, עם piezo מאחורי המראה. לדחוס האלמנטים הללו על spacer החלל עם קצה הכובע כדי לאפשר actuation מהירה של המראה הסופי. השילוב של דחיסת O-Ringוpiezo במהירות גבוהה בדרך כלל לאפשר לרוחבי פס שליטה בעודף של 10 קילוהרץ. הערה: בדוגמה זו, מפרידי ארוכים על 25 סנטימטר. אורך זה הוא שרירותי, אם כי יש לבחור אותה כך שהשליטה ובדיקת האור אינה coresonant, מה שאומר שפיצול hyperfine לא חייב להיות מרובה של רפאי הטווח בחינם. בשל הגיאומטריה הטבעת, החלל יהיה מצבי קיטוב nondegenerate של עידון שונה. המראות מותאמות אישית מצופה צוינו לספק חלל של עידון כ -1,000 לאור s-מקוטב, מה שמוביל לעידון של כ 100 לאור p-מקוטב. בעוד ניסויים אלה מתבצעים בדרך כלל במצב הנמוך עידון, ההתקנה יכולה בקלות להיות עברה למצב גבוה עידון צריך להיות חובת סינון חזק יותר של הקורות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עיצוב של תא הזיכרון והדיור שלה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי לבנות את מנגנון הזיכרון, השתמש תא ארוך המכיל משופר isotopically 87 Rb אלאונג עם 0.5 טור של גז חיץ Kr. בהגדרה, האורך הוא 20 סנטימטר. החלונות של התא הם antireflection מצופים. תא זה חייב להיות מחומם סביב 80 מעלות צלזיוס באמצעות חוט חימום לא מגנטי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשים בארגז התא בשלושה solenoids קונצנטריים. שני solenoids הפנימי ליצור מעברים הדרגתיים שדה המגנטיים. רוח solenoids אלה, לבצע סימולציה באמצעות המשוואה ביו-Savart. לדמות סולנואיד משתנה המגרש שיספק שדה מגנטי באופן ליניארי שונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות תכנית גרפים, להדפיס את עלילה של ספירלה זה על פיסת נייר. עוטף את הנייר סביב צינור PVC כדי לספק קו לעקוב ולסכם את החוט על הצינור. הערה: בהתקנה זו הסלילים ארוכים 50 סנטימטר, יותר מפי שתיים את אורכו של תא הדלק, כדי למנוע השפעות קצה. הקטרים ​​הם 6 ו10 סנטימטר, שזה פי שניים מהקוטר של התא, על מנת להבטיח את השדות המגנטיים הם בעיקר אורך. Solenoids השיפוע מתנגד אחד את השני כל כך thaמיתוג לא ביניהם יעבור את השלט של השיפוע (ראה איור. 3). בניסוי טיפוסי, 2-3 של זרם מופעל באמצעות סלילים אלה והסלילים מופעלים ב3-4 μsec. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תנודות כדי לייעל את זמן המיתוג ולהפסיק להשתמש 200 נגדים דעיכת Ω בטור עם הסלילים. הנח שני solenoids אלה בתוך הסליל השלישי בדרך כלל בסופו, כי הוא משמש כדי לספק שדה מגנטי DC להרים את הניוון של רמות זימן. יש רובידיום משמרת של כ 1.4 MHz / G של שדה מגנטי 26. שדה DC טיפוסי הוא 6 G, בעוד שהשיפועים יהיו 2 ג / מ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים שתי שכבות של מיגון μ מתכת סביב שלושה סלילים מגנטיים כדי לצמצם את השפעתו של השדה המגנטי של כדור הארץ בניסוי. </li></ol></li></ol> 2. פריסה של הנתיב האופטי Beam <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בליזר מצב יחיד מכוון ליד קו רובידיום D 1 ב795 ננומטר. לפקח על התדרשל הלייזר באמצעות מדידת קליטה רוויה, כפי שמוצג באיור 3. Detune התדירות של כ 1.5 GHz מעל F = 2 עד F &#39;= 2 מעבר. זה יהיה בתדירות המשוערת של אלומת השליטה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בBS2 beamsplitter, הקש קצת אור מהליזר העיקרי ליצירת קרן השליטה. שינוי התדר שלה על ידי השימוש בAOM1 מאפנן acousto אופטי. זה AOM גם מאפשר אפנון של כוח קרן שליטה. לנהוג AOM, להעביר את הפלט של מקור אות דרך מתג RF הנשלט על ידי אות TTL, ולאחר מכן להגביר את האות לפני שליחתו לAOM. לכוונן את תדר השליטה, כדי לייעל את ספיגת ראמאן למשל, על ידי שינוי בתדירות הכונן של AOM זה. תדירות כונן RF של AOMs בהתקנה היא 80 MHz, אבל זה שרירותי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Detune קרן הבדיקה, שתאוחסן בזיכרון הקוונטים, על ידי 6.8 GHz מקורה השליטה, תדר זה להיות פיצול מדינת קרקע hyperfine של87 Rb. כדי להכין בתדר זה, להעביר את הלייזר דרך מאפנן אלקטרו אופטי מצמידים סיבים כי הוא מונע על ידי מקור מיקרוגל 6.8 GHz. זה יוצר מערך של sidebands בהרמוניות של 6.8 GHz, מעל ומתחת לתדר גל הנושא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להשיג קרן בדיקה עם תדר טהור, להפריד +6. 8 GHz אור מכל sidebands האפנון לא רצוי האחר. כדי לעשות זאת, השתמש באחד מחללי הטבעת. לנעול 1 חלל בתהודה עם +6. 8 פס צד GHz. תדר זה יהיה אז להיות מועבר באמצעות המהוד, ואילו כל התדרים האחרים באים לידי הביטוי, וכך הכין תדר טהור שיתייחס למדינת הקרקע F = 1 של אטומי רובידיום. החלל יכול להיות נעול באמצעות טכניקת הלירה-Drever-הול 27], תוך שימוש באור מוחזר מהמראה הקלט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הקש את חלק של קרן הלייזר בBS3 ולשלוח אותו באמצעות AOM2 כדי לאפשר בקרה טובה של התדירות ועוצמה של קרן הבדיקה. שםהם כמה שיטות זמינות לנהוג AOM. לדוגמא, השתמש במחולל אותות לתכנות להגדיר לייצר פולסים גאוס המווסת ב80 MHz. לחלופין, לשלב אות 80 MHz רציף עם דופק במיקסר RF לתת דופק מווסת ב80 MHz. כך או כך, גאוס המווסת זה אז מוגבר ונשלח לAOM לתת דופק של אור לתוך סדר diffracted של AOM. שים לב: על מנת diffracted זה יספק פולסים דק מבוקרים של אור שניתן לאחסן בזיכרון. המשרעת של קטניות יכולה להיות מכוונת באמצעות שילוב של כוח כונן AOM ושינוי יחס הפיצול של BS1. זה מאפשר ייצור אמין של מגוון רחב של אמפליטודות דופק, ובפרט, מאפשר הייצור של פולסים חלשים מאוד עם מספרי פוטון הממוצעים של פחות מ 1 23. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השלב הבא הוא לשלב מחדש את הקורות בדיקה ובקרה. זה יכול להיעשות עם beamsplitter פשוט, אבל זה אומר לאבד חלק מן האור.אם הקיטוב של החללית והשליטה היה מאונך אז רקומבינציה lossless יכולה להיות מושגת באמצעות מפצל אלומה מקטב, אבל האחסון רק באמת יכול להיות מותאמת באמצעות שליטה עצמאית של קיטובי הבדיקה ובקרה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להשיג זאת, יש להשתמש ביעילות גבוהה,, חלל טבעת שנייה, בהתאמה עכבה. הגדר את חלל כך שקרן הבדיקה מועברת דרך, ואילו בתחום השליטה משתקף ממראה הפלט. שידור של החללית באמצעות מהוד שני זה גם מספק שכבה שנייה של סינון תדר, מה שעוזר להימנע מבעיות עם ערבוב ארבעה גלים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנעול חלל זה לתדר של קרן הבדיקה באמצעות קרן עזר נעילה (קו מקווקו) שמוזרקת למצב ההפוך של החלל. מנגינת קורה זה לתדר, קיטוב שונה ומצב המרחבי מקרן הבדיקה, כך שהוא עשוי להיות מזוהה על השתקפות מבלי להשפיע לרעה על קרן הבדיקה. הסיבה למאמץ הזה היא שהואהוא קשה להחריד לשימוש צריכת החשמל הנמוך, קרן הבדיקה פעם כדי לנעול את החלל. קורות הבקרה ובדיקתם collimated לפני תא הזיכרון עד 7 מ&quot;מ ו -3 גדלי מ&quot;מ, בהתאמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כוח שדה השליטה לפני תא הזיכרון הוא ~ 270 mW ולחקור כוח עשוי להיבחר מאפס עד כמה microwatts בהתאם לטווח הניסוי. שימוש בצלחת רבע גל, להתאים את הקיטוב של קורות בדיקה ובקרה בשילוב להיות (כ) ומעגלי של אותו helicity. הזרק אותם למכשיר הסלולרי של גז זיכרון. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשלוט בעיתוי של כל האלמנטים של הניסוי באמצעות תכנית LabVIEW 28. מחזור עבודה טיפוסי יהיה 120 μsec. כבה את התנור כבוי בזמן אחסון זיכרון, כדי למנוע הפרעה לפעולת הזיכרון. רצף עיתוי טיפוסי מוצג באיור 4. במידת האפשר, כבה את קרן השליטה בזמן שהאור מאוחסן בזיכרון. בתא גזים חם, אם כי המעבר הדואר ראמאן הוא detuned מהמדינה מתרגשת מעבר לרוחב דופלר, שדה השליטה עדיין יכול להיות מקור משמעותי של חוסר רציפות בזיכרון בשל ההסתברות שאינה אפס של פיזור ראמאן הספונטני. פיזור ראמאן עומד ביחס ישר לכוח שדה השליטה והפוך לdetuning בריבוע. אם שדה השליטה נשמר בתקופת האחסון כולו, הוא יכול לקיים אינטראקציה עם שתי המדינות נמוכות ולהרוס את הלכידות עם קצב מעריכי שהוגדר על ידי הפיזור. זה מוסבר נוסף בסעיף הדיון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר אחסון וזיכרון, להעביר את הבדיקה דרך תא סינון במטרה להפשיט את שדה השליטה מהקורה. אפשר להשתמש בתא בתערובת טבעית של Rb. 85 Rb שולט וסופג חזק בתדירות קורה שליטה, מתן 60 dB של דיכוי. קרן הבדיקה הוא נחלש הרבה פחות, בדרך כלל 1.4 dB. השתמש בתא מ&quot;מ 75 ארוך, מחומם ל140 ° C.תא עם 85 Rb המשופר isotopically יביא לקליטת בדיקה פחות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השלב האחרון הוא זיהוי של פולסים הבדיקה, באמצעות מקלט ישיר או זיהוי אבוכי. יתרונה של שיטת זיהוי זה הוא שזה מצב סלקטיבית כל כך קצת אור שליטה שיורית לא ישפיע על המדידות. יש ההד (ליד) קיטוב מעגלי כי הוא עשה ליניארי באמצעות שילוב צלחת half-wave/quarter-wave. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי לייצר את מתנד המקומי, הקש את חלק של הקרן בBS4 ושינוי התדר שלה באמצעות AOM4. אחסן את האות מהתקנת המקלט הישירה או אבוכי באמצעות אוסצילוסקופ מהיר, מופעלת תכנית בקרת LabVIEW. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Knill, E., Laflamme, R., Milburn, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+scheme+for+efficient+quantum+computation+with+linear+optics.">A scheme for efficient quantum computation with linear optics.</a> Nature. 409, 46-52 (2001).</li><li>Sangouard, N., Simon, C., De Riedmatten, H., Gisin, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantum+repeaters+based+on+atomic+ensembles+and+linear+optics.">Quantum repeaters based on atomic ensembles and linear optics.</a> Rev. of Mod. Phys. 83, 33-80 (2011).</li><li>Lvovsky, A. I., Sanders, B. C., Tittel, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+quantum+memory.">Optical quantum memory.</a> Nat. Pho. 3, 76 (2009).</li><li>Fleischhauer, M., Lukin, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dark-State+Polaritons+in+Electromagnetically+Induced+Transparency.">Dark-State Polaritons in Electromagnetically Induced Transparency.</a> Phys. Rev. Let. 84, 5094 (2000).</li><li>Afzelius, M., Simon, C., De Riedmatten, H., Gisin, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-Mode+Quantum+Memory+based+on+Atomic+Frequency+Combs.">Multi-Mode Quantum Memory based on Atomic Frequency Combs.</a> Phys. Rev. A. 79, 052329 (2009).</li><li>Clausen, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantum+storage+of+photonic+entanglement+in+a+crystal.">Quantum storage of photonic entanglement in a crystal.</a> Nature. 469, 508 (2011).</li><li>Saglamyurek, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Broadband+waveguide+quantum+memory+for+entangled+photons.">Broadband waveguide quantum memory for entangled photons.</a> Nature. 469, 512 (2011).</li><li>Boyer, V., McCormick, C. F., Arimondo, E., Lett, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultraslow+Propagation+of+Matched+Pulses+by+Four-Wave+Mixing+in+an+Atomic+Vapor.">Ultraslow Propagation of Matched Pulses by Four-Wave Mixing in an Atomic Vapor.</a> Phys. Rev. Let. 99, 143601 (2007).</li><li>Reim, K. F., Michelberger, P., Lee, K. C., Nunn, J., Langford, N. K., Walmsley, I. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-Photon-+Level+Quantum+Memory+at+Room+Temperature.">Single-Photon- Level Quantum Memory at Room Temperature.</a> Phys. Rev. Let. 107, 053603-053604 (2011).</li><li>Jensen, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantum+memory+for+entangled+continuous-variable+states.">Quantum memory for entangled continuous-variable states.</a> Nature Physics. 7, 13 (2010).</li><li>Moiseev, S., Kr&#246;ll, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Complete+reconstruction+of+the+quantum+state+of+a+single-photon+wave+packet+absorbed+by+a+Doppler-broadened+transition.">Complete reconstruction of the quantum state of a single-photon wave packet absorbed by a Doppler-broadened transition.</a> Phys. Rev. Let. 87, 173601 (2001).</li><li>Moiseev, S. A., Tarasov, V. F., Ham, B. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantum+memory+photon+echo-like+techniques+in+solids.">Quantum memory photon echo-like techniques in solids.</a> Jour. Opt. B-Quan. Semiclass. Opt. 5, S497 (2003).</li><li>Nilsson, M., Kr&#246;ll, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solid+state+quantum+memory+using+complete+absorption+and+re-emission+of+photons+by+tailored+and+externally+controlled+inhomogeneous+absorption+profiles.">Solid state quantum memory using complete absorption and re-emission of photons by tailored and externally controlled inhomogeneous absorption profiles.</a> Opt. Comm. 247, 393-403 (2005).</li><li>Kraus, B., Tittel, W., Gisin, N., Nilsson, M., Kr&#246;ll, S., Cirac, J. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantum+memory+for+nonstationary+light+fields+based+on+controlled+reversible+inhomogeneous+broadening.">Quantum memory for nonstationary light fields based on controlled reversible inhomogeneous broadening.</a> Phys. Rev. A. 73, 020302(R) (2006).</li><li>Alexander, A., Longdell, J. J., Sellars, M., Manson, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photon+echoes+produced+by+switching+electric+fields.">Photon echoes produced by switching electric fields.</a> Phys. Rev. Let. 96, 043602 (2006).</li><li>Sangouard, N., Simon, C., Afzelius, M., Gisin, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+a+quantum+memory+for+photons+based+on+controlled+reversible+inhomogeneous+broadening.">Analysis of a quantum memory for photons based on controlled reversible inhomogeneous broadening.</a> Phys. Rev. A. 75, 032327 (2007).</li><li>Damon, V., Bonarota, M., Louchet-Chauvet, A., Chaneliere, T., Le Gou&#235;t, J. -. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Revival+of+silenced+echo+and+quantum+memory+for+light.">Revival of silenced echo and quantum memory for light.</a> New Jour. of Phys. 13, 093031 (2011).</li><li>H&#233;tet, G., Longdell, J. J., Alexander, A. L., Lam, P. K., Sellars, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electro-Optic+Quantum+Memory+for+Light+Using+Two-Level+Atoms.">Electro-Optic Quantum Memory for Light Using Two-Level Atoms.</a> Phys. Rev. Let. 100, 023601 (2008).</li><li>Hedges, M. P., Longdell, J. J., Li, Y., Sellars, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+quantum+memory+for+light.">Efficient quantum memory for light.</a> Nature. 465, 1052-1056 (2010).</li><li>H&#233;tet, G., Hosseini, M., Sparkes, B. M., Oblak, D., Lam, P. K., Buchler, B. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photon+echoes+generated+by+reversing+magnetic+field+gradients+in+a+rubidium+vapor.">Photon echoes generated by reversing magnetic field gradients in a rubidium vapor.</a> Opt. Let. 33, 2323 (2008).</li><li>Hosseini, M., Sparkes, B. M., H&#233;tet, G., Longdell, J. J., Lam, P. K., Buchler, B. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coherent+optical+pulse+sequencer+for+quantum+applications.">Coherent optical pulse sequencer for quantum applications.</a> Nature. 461, 241-245 (2009).</li><li>Hosseini, M., Sparkes, B. M., Campbell, G., Lam, P. K., Buchler, B. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+efficiency+coherent+optical+memory+with+warm+rubidium+vapour.">High efficiency coherent optical memory with warm rubidium vapour.</a> Nat. Comm. 2, 174 (2011).</li><li>Hosseini, M., Campbell, G., Sparkes, B. M., Lam, P. K., Buchler, B. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unconditional+room-temperature+quantum+memory.">Unconditional room-temperature quantum memory.</a> Nat. Phys. 7, 794-798 (2011).</li><li>Hosseini, M., Rebic, S., Sparkes, B. M., Twamley, J., Buchler, B. C., Lam, P. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Memory-enhanced+noiseless+cross-phase+modulation.">Memory-enhanced noiseless cross-phase modulation.</a> Light: Sci. Apps. 1, e40 (2012).</li><li>Hosseini, M., Sparkes, B. M., Campbell, G., Lam, P. K., Buchler, B. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Storage+and+manipulation+of+light+using+a+Raman+gradient-echo+process.">Storage and manipulation of light using a Raman gradient-echo process.</a> Jour. of Phys. B-Atomic. 45, 124004 (2012).</li><li>Barwood, G. P., Gill, P., Rowley, W. R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frequency+measurements+on+optically+narrowed+Rb-stabilised+laser+diodes+at+780+nm+and+795+nm.">Frequency measurements on optically narrowed Rb-stabilised laser diodes at 780 nm and 795 nm.</a> Appl. Phys. B. 53, 142-147 (1991).</li><li>Drever, R. W. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+phase+and+frequency+stabilization+using+an+optical+resonator.">Laser phase and frequency stabilization using an optical resonator.</a> Appl. Phys. B-Photophys. and Laser Chem. 31, 97-105 (1983).</li><li>Sparkes, B. M., Chrzanowski, H. M., Parrain, D. P., Buchler, B. C., Lam, P. K., Symul, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+scalable,+self-analyzing+digital+locking+system+for+use+on+quantum+optics+experiments.">A scalable, self-analyzing digital locking system for use on quantum optics experiments.</a> Rev. of Sci. Instr. 82, 075113 (2011).</li><li>Sparkes, B. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Precision+Spectral+Manipulation:+A+Demonstration+Using+a+Coherent+Optical+Memory.">Precision Spectral Manipulation: A Demonstration Using a Coherent Optical Memory.</a> Phys. Rev. X. 2, 021011 (2012).</li><li>Gorshkov, A. V., Andre, A., Fleischhauer, M., Sorensen, A. S., Lukin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Universal+approach+to+optimal+photon+storage+in+atomic+media.">Universal approach to optimal photon storage in atomic media.</a> Phys. Rev. Let. 98, 123601 (2007).</li><li>Erhard, M., Helm, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Buffer-gas+effects+on+dark+resonances:+Theory+and+experiment.">Buffer-gas effects on dark resonances: Theory and experiment.</a> Phys. Rev. A. 63, 043813 (2001).</li><li>Balabas, M. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+quality+anti-relaxation+coating+material+for+alkali+atom+vapor+cells.">High quality anti-relaxation coating material for alkali atom vapor cells.</a> Opt. Expr. 18, 5825-5830 (2010).</li><li>Balabas, M. V., Karaulanov, T., Ledbetter, M. P., Budker, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polarized+alkali-metal+vapor+with+minutelong+transverse+spin-relaxation+time.">Polarized alkali-metal vapor with minutelong transverse spin-relaxation time.</a> Phys. Rev. Let. 105, 070801 (2010).</li><li>Buchler, B. C., Hosseini, M., H&#233;tet, G., Sparkes, B. M., Lam, P. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Precision+spectral+manipulation+of+optical+pulses+using+a+coherent+photon+echo+memory.">Precision spectral manipulation of optical pulses using a coherent photon echo memory.</a> Opt. Let. 35, 1091-1093 (2010).</li><li>Higginbottom, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Spatial Multimode Storage in a Gradient Echo Memory [dissertation]. , (2012).</li><li>Sparkes, B. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gradient+echo+memory+in+an+ultra-high+optical+depth+cold+atomic+ensemble.">Gradient echo memory in an ultra-high optical depth cold atomic ensemble.</a> arXiv. , (2012).</li></ol>

החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.

תנאי הכרחי ליעילות גבוהה זיכרון הוא OD גבוה [30]. OD של Λ-GEM הוא פרופורציונאלי לגורם ראמאן Ω_c 2 / Δ 2, שבו Ω_c הוא תדר רבי שדה הצימוד וΔ הוא detuning ראמאן מהמדינה מתרגשת. שיעור ראמאן הספונטני הפיזור הוא גם פרופורציונאלי לגורם ראמאן ולכן קיים תחלופה בין השגת גבוהה קליטה והפסדי פיזור נמוכים. כדי למצוא את ההגדרות אופטימליות לטמפרטורת הכוח, detuning וגז שדה שליטה אנו משתמשים בתהליך איטרטיבי. ניתן למתן את הפסדי הפיזור במידה מסוימות על ידי מעבר מקורה השליטה במהלך האחסון, אחרי הדופק נספג באופן מלא. עומק אופטי מושפע גם מהמצב הפנימי של אטומים. באופן אידיאלי היינו רוצה להיות אטומים רבים ככל האפשר ברמת hyperfine F = 1 כדי להגדיל את הקליטה של ​​החללית. קרן השליטה גם משחקת תפקיד כאן כפי שהוא משמש לשאיבת אטומים מF = 2 עדF = רמות 1. זה לא מאוד יעיל, בשל detuning, אבל קורה השליטה הוא חזק ויכול להיות שמאל על לתקופות ארוכות של זמן בין ניסויי אחסון הדופק. רוחבו של קו ראמאן בניסוי שלנו הוא בסביבות 100 קילוהרץ, שהוא בעיקר תוצאה של הרחבת כוח הנגרמת על ידי שדה הפקד. זה כמעט תואם את הקצב שבו האטומים נשאבים מF = 2 למדינת hyperfine F = 1. עם זאת יהיה כמה אוכלוסייה נותרת על mf = 2 (או -2 בהתאם לסימן של הקיטוב המעגלי) של רמת hyperfine F = 2 בשל חוסר מעברים אופטיים מותר. OD גם יהיה תלוי במידה רבה בטמפרטורה של התא, הקובע את מספר האטומים בגז השלב. אנו משתמשים בטמפרטורה של כ 78 ° C, שנמדדה במרכזו של התא. שמנו לב כי בתא שלנו, להגדיל את הטמפרטורה מעבר 85 מעלות צלזיוס עלול לגרום לכמה קליטה של ​​שדה השליטה, כמו גם כמה קליטה מבולבלת של האות בדיקה דואר. התנור כבוי במהלך ניסיוני הארוך, כדי למנוע הפרעה לשדה המגנטי בתוך התא. קיטובים של שני שדות הבדיקה ובקרה גם לשחק תפקיד מכריע ביעילות הספיגה של הזיכרון. קו מעבר D1 של 87Rb יש לו שני מצבים מעוררי hyperfine עם סך של 8 sublevels זימן. באופן עקרוני, הבחירה של קיטובים מעגליים זהים עבור שניהם את החללית ושדות הבקרה מבטיחה כי הם פועלים רק עם mf רמת המדינה מתרגשת = 2 (או -2), F &#39;= 2. קיטובי יניארי או סגלגלים של שדות הלייזר להצמיח צימוד ראמאן באמצעות sublevels האחר זימן של F &#39;= 1, 2. זה יגרום הרחבה ואסימטריה בצורת קו ראמאן, בשל קבועי צימוד השונים ומשמרות ac סטארק של המעברים השונים. למרבה הצער, שדות בדיקה ובקרה מקוטבות מעגליים זהה מוכנים לפני הזיכרון יכולים לחוות r עצמי קיטוב שונהotations כפי שהם להפיץ באמצעות הזיכרון. השפעה זו בולטת יותר בתקשורת OD הגבוהה, שיש לנו בניסוי שלנו. משמעות הדבר היא שיש צורך בכוונון העדין של קיטוב קרן בדיקה ובקרה כדי לנטרל את ההשפעה של סיבוב עצמי. כדי לסבך את העניינים עוד יותר, לפעמים ניתן לראות תהליך ערבוב ארבעה גל מנוון (FWM) כאשר עובד עם OD הגדול 25. זה יכול לגרום להגברה וכתוצאה מכך להציג את הרעש למדינת התפוקה של הזיכרון. בפרט, כאשר קיטוב ליניארי משמש עבור שניהם את השליטה ואת הקורות בדיקה, השפעת FWM ניתן לשפר באופן משמעותי כתוצאה מעירור ראמאן דרך מדינות מתרגשים מרובות. התנאים שבם תהליך FWM הוא גם משופר או מודחק במערכת שלנו מסוכמים בRef 25. ההשפעה של FWM ניתן למתן על ידי, שוב, כיוון עדין את הקיטוב של קורות הבדיקה ובקרה. בדרך זו, ניתן להפחית בתהליכי FWM עד כדי כך שהם עושיםלא מוסיף רעש ל23 האור נזכרו. עם כל הכבוד לFWM, ראוי לציין כי שני החללים לשחק תפקיד חשוב בדיכוי פס צד GHz -6.8 שנוצר על ידי הסיבים שוטף שאחרת זרע תהליך FWM. גם סיבוב עצמי וFWM להשפיע על הצורה של קו ראמאן התרחב. לאחר כוונון עדין, אפשר להשיג תכונה די סימטרית, בערך מלבנית בצורת קליטה כפי שמוצג באיור 5. זאת בניגוד למקרה שמוצג באיור 7 בי קיטובים נבחרו כדי להדגים את ההשפעה של FWM. הנה תכונת ראמאן היא סימטרית מאוד. כאמור, תא Rb שפע טבעי המשמש לסינון קורה השליטה ולהעביר את קרן הבדיקה לסעיף זיהוי. בשל הטמפרטורה הגבוהה של התא הזה, שמו לב שזרמי אוויר סביב חלונות התא לגרום לשינוי בנראות השוליים של זיהוי אבוכי, מחדשsulting בתנודות של האות. אפקט זה מוזער על ידי יישום איתור אבוכי מייד לאחר תא הסינון והפחתת זרמי האוויר סביב חלונות התא באמצעות עיצוב תנור מתאים. אנו הבחנו אובדן חללית של סביב 30% דרך תא הסינון, בשל השתקפויות פרנל מהחלונות ולקליטה על ידי 87 אטומי Rb בתא הסינון. הפסד זה יכול להיות מופחת באופן פוטנציאלי באמצעות ציפויי antireflection על חלונות תא ובאמצעות Rb 85 הטהור במקום תערובת טבעית של Rb. בתא אדים חם, דיפוזיה היא אחת המגבלות העיקריות לזמן האחסון. לאחר קליטת אור, אטומים יכולים לנטרל מתוך האזור קוהרנטית, ובכך באופן חלקי מחיקת המידע המאוחסן. הוספת גז חיץ (0.5 טור Kr, בניסוי שלנו) מפחיתה את ההשפעה של דיפוזיה במידה מסוימת. גז חיץ יותר מדי, לעומת זאת, יגדיל collisional ההרחבה ביום 31. זה מגדיל דצמברקליטת oherence ופקד שדה, אשר מפחיתה את היעילות של השאיבה שהוזכר לעיל. דרך נוספת לצמצום ההשפעה של דיפוזיה רוחבית היא להגדיל את האינטראקציה הנפח על ידי הגדלת הפרופילים הרוחבי של שדות הבדיקה ובקרה. גישה זו תהיה סופו של דבר להיות מוגבלת על ידי התנגשויות קשיחים עם קירות התא. במקרה זה, את קירות התא עשויים להיות מצופים בחומרי antirelaxation 32, 33, כדי לספק התנגשויות אלסטיות על הקירות, ולכן לשפר את זמן קוהרנטיות האטומי. על ידי מזעור קיר ההתנגשות קשיחה באמצעות ציפוי קיר נכון והגדלת גודל קרן לייזר כמעט לכסות את חתך התא, הייתי מצפה לוואי מינימאלי מדיפוזיה רוחבית בזמן האחסון. דיפוזיה אורך אולי אז תהפוך את השפעת חוסר רציפות הדומיננטית בזמנים אחסון ארוכים. דיפוזיה אורך גורמת לאטומים כדי לחוות את עוצמות שדה מגנטי שונות במהלך זמן אחסון שיכול לגרום reph מופחתיעילות asing. אחת דרכים לשלוט בדיפוזיה אורך תהיה להשתמש הרכב אטומי קר, כגון אטומים שכבר התקררו במלכודת מגנט אופטי (MOT). זאת, לעומת זאת, דורשת שכבה חדשה לגמרי של מורכבות ניסוי מעורבת בשליטה ענן אטום קר. זוהי מערכת שאנחנו בוחנים כעת במעבדה שלנו 36.

אחד האתגרים הבולטים מול טכנולוגיית מידע קוונטים הוא היכולת לבנות זיכרון למצבים קוונטיים. עבור מחשוב פוטוניים קוונטי 1, או מהדר קוונטים המשמש במערכת הפצה מרכזית קוונטי 2, זה אומר בניית זיכרון שיכול לאחסן מצבים קוונטיים של אור 3. אחת הגישות נלקחו למען מטרה זו היא להשתמש בהרכבים של אטומים שניתן לשלוט באופן שלאחסון וכזה אז מבוקר לשחרר אור במועד מאוחר יותר. טכניקות רבות פותחו כוללים שקיפות מושרה אלקטרומגנטית (EIT) 4, מסרק התדר האטומי (AFC) 5, 6, 7, ערבוב של ארבעת גלים (FWM) 8, ראמאן קליטת 9, האינטראקציה פאראדיי 10 ופוטון טכניקות הד 11, 12 , 13, 14, 13, 15, 16, 17, 18, ​​19. המוקד של מאמר זה הוא Λ - זיכרון Gradient Echo (Λ-GEM), הפועל באמצעות שלושהתקשורת האטומית המובנה ברמה &#39;Λ&#39;. תחילה יישם אותו בתא אדי Rb חם ב2008 20. תכנית זו נוצלה בעבר כזיכרון גישה אקראי להבזקי אור, 21, יש יעילות הפגינה גבוהה ככל 87% 22, מספק אחסון חרישי של מצבים קוונטיים 23 ומראה כמה הבטחה כפלטפורמה לפעילות אופטית קוי 24. יש לנו גם פרסמתי לאחרונה נייר כי נכנס קצת פירוט על האינטראקציה של הזיכרון הזה עם אדים אטומיים חמים 25. מהותה של הטכניקה היא שאנו מכינים הרכב של האטומים שהרחיבו inhomogeneously כך שהאטומים יספגו דופק של אור. בניסוי שלנו אנו משתמשים בקליטת ראמאן, כפי שמוצג באיור 1 א. אור הבדיקה, שהוא צריך להיות מאוחסן, ימופה על קוהרנטיות בין שתי מדינות קרקע של אטומים. ההרחבה מסופקת על ידי יישום gradien שדה מגנטילא לאורך בכיוון של התפשטות אופטית, גרימת שיפוע מרחבית בתדרי קליטת ראמאן, כפי שמוצג באיור 1b. רכיבי התדר השונים של הדופק שאוחסנו כך ימופו למיקומים מרחביים שונים באופן ליניארי לאורך ההרכב האטומי. במילים אחרות, הפרופיל המרחבי של גל הספין האטומי שנוצר על ידי הספיגה של דופק הקלט הוא פרופורציונאלי להתמרה של הפרופיל הזמני של דופק הקלט. כפי שנתאר בהמשך, זה שיפוע תדר זה שמאפשר גם לחלק מיכולות עיבוד הרפאים המעניינים של זיכרון זה. על ידי היפוך שיפוע השדה, את האבולוציה של הלכידות של ההרכב האטומי יכולה להיות הפוך זמן. זה מאפשר שליפה של בזק האור.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="596">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Titanium-sapphire laser</td>
			<td style="width:95px;">M Squared Lasers</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">SolsTiS</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Digital oscilloscope</td>
			<td style="width:95px;">Lecroy</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>WaveRunner 44Xi-A</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Memory cell</td>
			<td style="width:95px;">Triad Technology</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>20 cm long, 87Rb enhanced, 0.5 Torr Kr buffer gas, AR-coated</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Filter cell</td>
			<td style="width:95px;">Triad Technology</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">7.5 cm long, natural mixture Rb, no buffer gas</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Fiber EOM</td>
			<td style="width:95px;">EOSPACE</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>PM-0K5-10-PFA-UL</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">AOM</td>
			<td style="width:95px;">AA Opto-Electronic</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>MT80-A1-IR</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">AOM drive components</td>
			<td style="width:95px;">Minicircuits</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Amplifier ZHL-1-2W</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:95px;">Minicircuits</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Mixer ZAD-6</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:95px;">Agilent</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>80 MHz signal source 33250A</td>
		</tr>
		<tr height="189">
			<td height="189" style="height:189px;width:216px;">Cavities</td>
			<td style="width:95px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">Custom made triangular ring cavity. FSR = 600 MHz, Finesse = 100. 
			Flat mirrors (for input and output) IBS coating by Advanced Thin Films. Back mirror is 1 m ROC 
			Newport Supermirror (R&#62;99.97%)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Photodiodes</td>
			<td style="width:95px;">Hamamatsu</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>S3883</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Current Switches</td>
			<td style="width:95px;">Electronic Design and Research</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>EDR83915/2 and EDR8276612</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

gradient echo quantum memory in warm atomic vapor

זיכרון הד שיפוע (GEM) הוא פרוטוקול לאחסון מצבים קוונטיים אופטיים של אור בהרכבים אטומיים. המניע העיקרי לטכנולוגיה כזו הוא שחלוקת קוונטי מפתח (QKD), אשר משתמשת באי ודאות של הייזנברג לדאוג לאבטחת מפתחות הצפנה, מוגבלת במרחק שידור. פיתוח מהדר קוונטים הוא נתיב אפשרי להארכת טווח QKD, אבל מהדר יצטרך זיכרון קוונטים. בניסויים שלנו אנו משתמשים בגז של אדי 87 רובידיום הכלול בתא גז חם. זה הופך את התכנית פשוטה במיוחד. כמו כן, תכנית מגוונת מאוד, המאפשרת עידון בזיכרון של המדינה המאוחסנת, כגון הסטת תדירות ומניפולציה ברוחב פס. הבסיס של פרוטוקול GEM הוא לקלוט את האור להרכב של האטומים שהוכן בשיפוע שדה מגנטי. ההיפוך של השיפוע הזה מוביל לrephasing של הקיטוב האטומי ובכך להיזכר של המדינה האופטית המאוחסנת. Wדואר מתאר איך אנחנו מכינים את האטומים והשיפוע הזה וגם מתאר חלק מהמכשולים שצריכים להימנע, בערבוב ארבעה גל מסוים, אשר יכול להצמיח רווח אופטי.

1. באמצעות קליטת ראמאן ככלי אבחון התוצאה הראשונה היא להשיג קליטת שורת ראמאן של אור קרן בדיקה. אופטימיזציה של תכונת ספיגה זה עוברת דרך ארוכה להשגת ביצועי הזיכרון הטובים ביותר. עם סלילי השיפוע המגנטיים כבויים, תדר השליטה ניתן לסרוק בנוכחותו של גל בדיקה רציף חלש. קליטתם של קרן הבדיקה קשורה באופן ישיר לצפיפות האופטית של התא האטום. בהתבסס על כך, הטמפרטורה של התא, כוחה של קרן השליטה וdetuning פוטון היחיד יכולה להיות מותאמת בתהליך איטרטיבי לתת קליטת ראמאן הטובה ביותר האפשרית. כוח שליטה קרן יותר מדי יגדיל את הקליטה, אלא גם להרחיב את הרוחב של הקו. כאשר אופטימיזציה, הרוחב הוא בסדר גודל של במערכת שלנו 100 קילוהרץ. החלפה על אחד מסלילי השיפוע יהיה להרחיב את קו ראמאן. הרוחב של הקליטה הרחיבה להרתיעמכרות את רוחב הפס של הזיכרון. פשרה לאחר מכן צריכה להתבצע בין צפיפות אופטית, אשר משפיעה על יעילות זיכרון, ורוחב פס של זיכרון. העברת הבדיקה מוצגת לאחד מקווי ראמאן הרחיבו שלנו באיור 5, שבו רוחב הפס של הזיכרון מוגדר כ 1 מגהרץ. ההחלפה משני סלילים המגנטיים השיפוע באותו הזמן, צריכה להיות התאוששה linewidth קליטת nonbroadened. כל חוסר התאמה בגודל הנוכחי או inhomogeneity מרחבי של השדות המגנטיים תשקף באופן ישיר על הרחבה ועיוות של קליטת ראמאן. 2. חפצים דופק התצורה הפשוטה ביותר לזכרון אחסון דופק יחיד ואחזור. זה יהיה, למשל, אחסון פולסים של משך 2 μsec ומיתוג סלילי שיפוע המגנטי 3 μsec אחרי שיא הדופק, כפי שמוצג באיור 6. אם הצפיפות האופטית נמוכה, כמה leaka אורge יקויימו בהתאם לצפיפות האופטית (OD) של המדיום. כוונון בזהירות את הפרמטרים הזיכרון הוא חיוני להשגת יעילות אחסון גבוה. זה כולל אופטימיזציה של טמפרטורת תא זיכרון, היישור זהיר בין החללית ותחום הבקרה, כוונון עוצמת אלומת השליטה למצוא את הפשרה הטובה ביותר בין הקליטה ופיזור, על מנת להבטיח את הקיטוב הנכון של הקורות וכוונון התדרים של קורות בדיקה ובקרה. שיטת אופטימיזציה זו מוסברת נוספת בסעיף הדיון. ניתן לצפות יעילות העולה על 80% במשך זמן אחסון של 4 μsec 22 כאשר כל הפרמטרים הללו מכוונים היטב. היעילות של האחסון מוגדר כיחס בין האנרגיה של ההד נזכר והאנרגיה של דופק זהה שלא אוחסן בזיכרון. זה גורם ביעילות את ההשפעה של הפסדים ליניארי, למשל בשל השתקפויות פרנל על המשטחים או absorptיון בתא הסינון. בעת השימוש בזיהוי אבוכי, האנרגיה של פולסים נמדדת על ידי מתישב אות אבוכי ומדידת האזורים של המעטפות של הדופק. התדר ורוחב הפס של הדופק לאחזר תלוי הנוכחי מוזרק לתוך סלילי השיפוע. מניפולציה פשוטה של ​​זרמים אלה מאפשרת לכוונון עדין של דופק לאחזר. מניפולציות מורכבות יותר של רוח רפאים (כגון אלה שתוארו ב29) ניתן לעשות זאת באמצעות התקנת סליל מתקדמת יותר שבו השיפוע לאורך הזיכרון יכול להיות מכוונת כפונקציה של מיקום וזמן באופן עצמאי. <img alt="איור 1" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/50552/50552fig1.jpg" width="500px" /> איור 1. א) ערכת הרמה בתוך הקו D 1 87 Rb בשימוש בזיכרון. אור החללית הוא ראמאן נספג ליצור הימור קוהרנטיות<html> Ween F = 1 ו-F = 2 קרקע לאום. ב) שיפוע השדה המגנטי נותן detuning מרחבית התלוי של קרקע המדינות לאורכו של התא. היפוך הדרגתי והופך את קרן השליטה בנותנת חזרה של אור הבדיקה המאוחסנת. (מעובד מתוך [34]). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50552/50552fig1highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 2" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/50552/50552fig2.jpg" width="500px" /> איור 2. סכמטי של שואב מצב אופטי. עיין בסעיף השיטות לתיאור. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50552/50552fig2highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> &quot;Width =&quot; ig3.jpg &quot;/&gt; 500px איור 3. סכמטי של הגדרת ניסוי AOM = Acousto אופטי מודולטור;. שוטף = אלקטרו אופטי מודולטור; BS = beamsplitter; λ / 4 = צלחת רובע גל. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50552/50552fig3highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 4" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/50552/50552fig4.jpg" width="500px" /> איור 4. רצף טיפוסי עיתוי לזיכרון. (צילום מ35). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50552/50552fig4highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 5" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/50552/50552fig5.jpg" width="500px" /> איור 5. heterodyned הטיפוסי הרחיב שורת ראמאן כאשר אחד הדואר סלילי שיפוע מגנטיים מופעלים. נתונים (הקו מוצק דק) נלקח באמצעות מדידת אבוכי. התנודה נובעת מהקצב בין אור הבדיקה ומתנד האור מקומי. העקומה המקווקו מראה את המעטפה של נתונים אלה שהוא הצורה של קו ראמאן התרחב. (שונה מ 25). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50552/50552fig5highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 6" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/50552/50552fig6.jpg" width="500px" /> איור 6. הד טיפוסי ממוצעת יעילות GEM לזמן אחסון קצר. סלילי השיפוע המגנטיים מוחלפים ב t = 10 μsec (קו מקווקו). פרופיל עוצמת דופק קלט: אדום. כחול: תפוקת עוצמת הזיכרון, הוכחת דלפה אור (שהוא לכאורה בדופק הקלט האדום) ונזכרה הד, המופיעה בצד הימין של tהוא קו מקווקו. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50552/50552fig6highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 7" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/50552/50552fig7.jpg" width="500px" /> איור 7. ארבעה גל ערבוב תוקף, בעת סריקת קו ראמאן, לסמכויות שונות פקד שדה וטמפרטורות סלולריים. לנתון זה בלבד, הקיטובים של שדה הפקד וקורות בדיקה נבחרו כך שהם למקסם את האפקט. מחשב הוא כוח קרן שליטה. (שונה מ 25). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50552/50552fig7highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Gradient Echo Quantum Memory in Warm Atomic Vapor at JoVE.com

Gradient Echo Quantum Memory in Warm Atomic Vapor

זיכרון הד השיפוע הוא פרוטוקול לאחסון מצבים קוונטיים אופטיים של אור בהרכבים אטומיים. זיכרון קוונטים הוא מרכיב מפתח של מהדר קוונטים, אשר יכול להאריך את הטווח של הפצת מפתח קוונטים. אנו מתארים את הפעולה של התכנית כאשר מיושמים בהרכב אטומי 3 ברמה.

Gradient Echo קוונטית זיכרון בחם אטומי החמקן

Gradient  echo memory (GEM) is a protocol for storing optical quantum states of light in  atomic ensembles. The primary motivation for such a technology ...

gradient-echo-quantum-memory-in-warm-atomic-vapor

Research

JoVE Journal

Engineering

12.7K Views.  The Australian National University.  זיכרון הד השיפוע הוא פרוטוקול לאחסון מצבים קוונטיים אופטיים של אור בהרכבים אטומיים. זיכרון קוונטים הוא מרכיב מפתח של מהדר קוונטים, אשר יכול להאריך את הטווח של הפצת מפתח קוונטים. אנו מתארים את הפעולה של התכנית כאשר מיושמים בהרכב אטומי 3 ברמה...

Video: Gradient Echo Quantum Memory in Warm Atomic Vapor

Compact Quantum Dots for Single-molecule Imaging

Single-molecule imaging is an important tool for understanding the mechanisms of biomolecular function and for visualizing the spatial and temporal heterogeneity of molecular behaviors that underlie cellular biology 1-4. To image an individual molecule of interest, it is typically conjugated to a fluorescent tag (dye, protein, bead, or quantum dot) and observed with epifluorescence or total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy. While dyes and fluorescent proteins have been the mainstay of fluorescence imaging for decades, their fluorescence is unstable under high photon fluxes necessary to observe individual molecules, yielding only a few seconds of observation before complete loss of signal. Latex beads and dye-labeled beads provide improved signal stability but at the expense of drastically larger hydrodynamic size, which can deleteriously alter the diffusion and behavior of the molecule under study.
Quantum dots (QDs) offer a balance between these two problematic regimes. These nanoparticles are composed of semiconductor materials and can be engineered with a hydrodynamically compact size with exceptional resistance to photodegradation 5. Thus in recent years QDs have been instrumental in enabling long-term observation of complex macromolecular behavior on the single molecule level. However these particles have still been found to exhibit impaired diffusion in crowded molecular environments such as the cellular cytoplasm and the neuronal synaptic cleft, where their sizes are still too large 4,6,7.
Recently we have engineered the cores and surface coatings of QDs for minimized hydrodynamic size, while balancing offsets to colloidal stability, photostability, brightness, and nonspecific binding that have hindered the utility of compact QDs in the past 8,9. The goal of this article is to demonstrate the synthesis, modification, and characterization of these optimized nanocrystals, composed of an alloyed HgxCd1-xSe core coated with an insulating CdyZn1-yS shell, further coated with a multidentate polymer ligand modified with short polyethylene glycol (PEG) chains (Figure 1). Compared with conventional CdSe nanocrystals, HgxCd1-xSe alloys offer greater quantum yields of fluorescence, fluorescence at red and near-infrared wavelengths for enhanced signal-to-noise in cells, and excitation at non-cytotoxic visible wavelengths. Multidentate polymer coatings bind to the nanocrystal surface in a closed and flat conformation to minimize hydrodynamic size, and PEG neutralizes the surface charge to minimize nonspecific binding to cells and biomolecules. The end result is a brightly fluorescent nanocrystal with emission between 550-800 nm and a total hydrodynamic size near 12 nm. This is in the same size range as many soluble globular proteins in cells, and substantially smaller than conventional PEGylated QDs (25-35 nm).

We describe the preparation of colloidal quantum dots with minimized hydrodynamic size for single-molecule fluorescence imaging. Compared to conventional quantum dots, these nanoparticles are similar in size to globular proteins and are optimized for single-molecule brightness, stability against photodegradation, and resistance to nonspecific binding to proteins and cells.

נקודות קוונטיות קומפקטיות להדמית מולקולה בודדה

Single-molecule imaging is an important tool for  understanding the mechanisms of biomolecular function and for visualizing the  spatial and temporal ...

Echo Particle Image Velocimetry

The transport of mass, momentum, and energy in fluid flows is ultimately determined by spatiotemporal distributions of the fluid velocity field.1 Consequently, a prerequisite for understanding, predicting, and controlling fluid flows is the capability to measure the velocity field with adequate spatial and temporal resolution.2 For velocity measurements in optically opaque fluids or through optically opaque geometries, echo particle image velocimetry (EPIV) is an attractive diagnostic technique to generate "instantaneous" two-dimensional fields of velocity.3,4,5,6 In this paper, the operating protocol for an EPIV system built by integrating a commercial medical ultrasound machine7 with a PC running commercial particle image velocimetry (PIV) software8 is described, and validation measurements in Hagen-Poiseuille (i.e., laminar pipe) flow are reported.
For the EPIV measurements, a phased array probe connected to the medical ultrasound machine is used to generate a two-dimensional ultrasound image by pulsing the piezoelectric probe elements at different times. Each probe element transmits an ultrasound pulse into the fluid, and tracer particles in the fluid (either naturally occurring or seeded) reflect ultrasound echoes back to the probe where they are recorded. The amplitude of the reflected ultrasound waves and their time delay relative to transmission are used to create what is known as B-mode (brightness mode) two-dimensional ultrasound images. Specifically, the time delay is used to determine the position of the scatterer in the fluid and the amplitude is used to assign intensity to the scatterer. The time required to obtain a single B-mode image, t, is determined by the time it take to pulse all the elements of the phased array probe. For acquiring multiple B-mode images, the frame rate of the system in frames per second (fps) = 1/&delta;t. (See 9 for a review of ultrasound imaging.)
For a typical EPIV experiment, the frame rate is between 20-60 fps, depending on flow conditions, and 100-1000 B-mode images of the spatial distribution of the tracer particles in the flow are acquired. Once acquired, the B-mode ultrasound images are transmitted via an ethernet connection to the PC running the PIV commercial software. Using the PIV software, tracer particle displacement fields, D(x,y)[pixels], (where x and y denote horizontal and vertical spatial position in the ultrasound image, respectively) are acquired by applying cross correlation algorithms to successive ultrasound B-mode images.10 The velocity fields, u(x,y)[m/s], are determined from the displacements fields, knowing the time step between image pairs, &Delta;T[s], and the image magnification, M[meter/pixel], i.e., u(x,y) = MD(x,y)/&Delta;T. The time step between images &Delta;T = 1/fps + D(x,y)/B, where B[pixels/s] is the time it takes for the ultrasound probe to sweep across the image width. In the present study, M = 77[&mu;m/pixel], fps = 49.5[1/s], and B = 25,047[pixels/s]. Once acquired, the velocity fields can be analyzed to compute flow quantities of interest.

An echo particle image velocimetry (EPIV) system capable of acquiring two-dimensional fields of velocity in optically opaque fluids or through optically opaque geometries is described, and validation measurements in pipe flow are reported.

הד Velocimetry תמונת חלקיקים

The transport of mass, momentum, and energy in fluid flows is ultimately determined by spatiotemporal distributions of the fluid velocity field.1 ...

Nanofabrication of Gate-defined GaAs/AlGaAs Lateral Quantum Dots

A quantum computer is a computer composed of quantum bits (qubits) that takes advantage of quantum effects, such as superposition of states and entanglement, to solve certain problems exponentially faster than with the best known algorithms on a classical computer. Gate-defined lateral quantum dots on GaAs/AlGaAs are one of many avenues explored for the implementation of a qubit. When properly fabricated, such a device is able to trap a small number of electrons in a certain region of space. The spin states of these electrons can then be used to implement the logical 0 and 1 of the quantum bit. Given the nanometer scale of these quantum dots, cleanroom facilities offering specialized equipment- such as scanning electron microscopes and e-beam evaporators- are required for their fabrication. Great care must be taken throughout the fabrication process to maintain cleanliness of the sample surface and to avoid damaging the fragile gates of the structure. This paper presents the detailed fabrication protocol of gate-defined lateral quantum dots from the wafer to a working device. Characterization methods and representative results are also briefly discussed. Although this paper concentrates on double quantum dots, the fabrication process remains the same for single or triple dots or even arrays of quantum dots. Moreover, the protocol can be adapted to fabricate lateral quantum dots on other substrates, such as Si/SiGe.

This paper presents a detailed fabrication protocol for gate-defined semiconductor lateral quantum dots on gallium arsenide heterostructures. These nanoscale devices are used to trap few electrons for use as quantum bits in quantum information processing or for other mesoscopic experiments such as coherent conductance measurements.

Nanofabrication של השער שהוגדרו GaAs / AlGaAs נקודות קוונטיות רוחביות

A quantum computer is a computer composed of quantum bits (qubits) that takes advantage of quantum effects, such as superposition of states and ...

Analysis of Contact Interfaces for Single GaN Nanowire Devices

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit a strong degradation after annealing due to the occurrence of void formation at the contact/SiO2 interface. This void formation can cause cracking and delamination of the metal film, which can increase the resistance or lead to a complete failure of the NW device. In order to address issues associated with void formation, a technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from the substrates to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN NW devices. This procedure determines the degree of adhesion of the contact films to the substrate and NWs and allows for the characterization of the morphology and composition of the contact interface with the substrate and nanowires. This technique is also useful for assessing the amount of residual contamination that remains from the NW suspension and from photolithographic processes on the NW-SiO2 surface prior to metal deposition. The detailed steps of this procedure are presented for the removal of annealed Ni/Au contacts to Mg-doped GaN NWs on a SiO2 substrate.

A technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from their substrate to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN nanowire devices.

ניתוח של ממשקי מגע עבור יחיד התקני Nanowire גן

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit  a strong degradation after annealing due to the  occurrence of void formation at the ...

Construction and Characterization of External Cavity Diode Lasers for Atomic Physics

Since their development in the late 1980s, cheap, reliable external cavity diode lasers (ECDLs) have replaced complex and expensive traditional dye and Titanium Sapphire lasers as the workhorse laser of atomic physics labs1,2. Their versatility and prolific use throughout atomic physics in applications such as absorption spectroscopy and laser cooling1,2 makes it imperative for incoming students to gain a firm practical understanding of these lasers. This publication builds upon the seminal work by Wieman3, updating components, and providing a video tutorial. The setup, frequency locking and performance characterization of an ECDL will be described. Discussion of component selection and proper mounting of both diodes and gratings, the factors affecting mode selection within the cavity, proper alignment for optimal external feedback, optics setup for coarse and fine frequency sensitive measurements, a brief overview of laser locking techniques, and laser linewidth measurements are included.

This is an instructional paper to guide the construction and diagnostics of external cavity diode lasers (ECDLs), including component selection and optical alignment, as well as the basics of frequency reference spectroscopy and laser linewidth measurements for applications in the field of atomic physics.

בנייה ואפיון חיצוני לייזרי חלל דיודה לפיסיקה אטומית

Since their development in the late 1980s, cheap, reliable external cavity diode lasers (ECDLs) have replaced complex and expensive traditional dye and ...

Quantum State Engineering of Light with Continuous-wave Optical Parametric Oscillators

Engineering non-classical states of the electromagnetic field is a central quest for quantum optics1,2. Beyond their fundamental significance, such states are indeed the resources for implementing various protocols, ranging from enhanced metrology to quantum communication and computing. A variety of devices can be used to generate non-classical states, such as single emitters, light-matter interfaces or non-linear systems3. We focus here on the use of a continuous-wave optical parametric oscillator3,4. This system is based on a non-linear &#967;2 crystal inserted inside an optical cavity and it is now well-known as a very efficient source of non-classical light, such as single-mode or two-mode squeezed vacuum depending on the crystal phase matching. 
Squeezed vacuum is a Gaussian state as its quadrature distributions follow a Gaussian statistics. However, it has been shown that number of protocols require non-Gaussian states5. Generating directly such states is a difficult task and would require strong &#967;3 non-linearities. Another procedure, probabilistic but heralded, consists in using a measurement-induced non-linearity via a conditional preparation technique operated on Gaussian states. Here, we detail this generation protocol for two non-Gaussian states, the single-photon state and a superposition of coherent states, using two differently phase-matched parametric oscillators as primary resources. This technique enables achievement of a high fidelity with the targeted state and generation of the state in a well-controlled spatiotemporal mode.

We describe the reliable generation of non-Gaussian states of traveling optical fields, including single-photon states and coherent state superpositions, using a conditional preparation method operated on the non-classical light emitted by optical parametric oscillators. Type-I and type-II phase-matched oscillators are considered and common procedures, such as the required frequency filtering or the high-efficiency quantum state characterization by homodyning, are detailed.

הנדסה הקוונטית מדינה של אור עם גל רציף מתנדים אופטיים פרמטרים

Engineering non-classical states of the electromagnetic field is a central quest for quantum optics1,2. Beyond their fundamental significance, such states ...

Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of biosensing devices. We report on a protocol of using KrF and ArF lasers irradiating Si (001) samples immersed in a liquid environment with low number of pulses and operating at moderately low pulse fluences to induce Si wettability modification. Wafers immersed for up to 4 hr in a 0.01% H2O2/H2O solution did not show measurable change in their initial contact angle (CA) ~75&#176;. However, the 500-pulse KrF and ArF lasers irradiation of such wafers in a microchamber filled with 0.01% H2O2/H2O solution at 250 and 65 mJ/cm2, respectively, has decreased the CA to near 15&#176;, indicating the formation of a superhydrophilic surface. The formation of OH-terminated Si (001), with no measurable change of the wafer&#8217;s surface morphology, has been confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy and atomic force microscopy measurements. The selective area irradiated samples were then immersed in a biotin-conjugated fluorescein-stained nanospheres solution for 2 hr, resulting in a successful immobilization of the nanospheres in the non-irradiated area. This illustrates the potential of&#160;the method for selective area biofunctionalization and fabrication of advanced Si-based biosensing architectures. We also describe a similar protocol of irradiation of wafers immersed in methanol (CH3OH) using ArF laser operating at pulse fluence of 65 mJ/cm2 and in situ formation of a strongly hydrophobic surface of Si (001) with the CA of 103&#176;. The XPS results indicate ArF laser induced formation of Si&#8211;(OCH3)x compounds responsible for the observed hydrophobicity. However, no such compounds were found by XPS on the Si surface irradiated by KrF laser in methanol, demonstrating the inability of the KrF laser to photodissociate methanol and create -OCH3 radicals.

We report on a process of in situ alteration of HF treated Si (001) surface into a hydrophilic or hydrophobic state by irradiating samples in microfluidic chambers filled with&#160;H2O2/H2O solution (0.01%-0.5%) or methanol solutions using pulsed UV laser of a relative low pulse fluence.

פינת שינוי סלקטיבית של יכולת רטיבות משטח סיליקון על ידי פעמו UV לייזר הקרנה בסביבה נוזלית

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

Silicon Metal-oxide-semiconductor Quantum Dots for Single-electron Pumping

As mass-produced silicon transistors have reached the nano-scale, their behavior and performances are increasingly affected, and often deteriorated, by quantum mechanical effects such as tunneling through single dopants, scattering via interface defects, and discrete trap charge states. However, progress in silicon technology has shown that these phenomena can be harnessed and exploited for a new class of quantum-based electronics. Among others, multi-layer-gated silicon metal-oxide-semiconductor (MOS) technology can be used to control single charge or spin confined in electrostatically-defined quantum dots (QD). These QD-based devices are an excellent platform for quantum computing applications and, recently, it has been demonstrated that they can also be used as single-electron pumps, which are accurate sources of quantized current for metrological purposes. Here, we discuss in detail the fabrication protocol for silicon MOS QDs which is relevant to both quantum computing and quantum metrology applications. Moreover, we describe characterization methods to test the integrity of the devices after fabrication. Finally, we give a brief description of the measurement set-up used for charge pumping experiments and show representative results of electric current quantization.

The fabrication process and experimental characterization techniques relevant to single-electron pumps based on silicon metal-oxide-semiconductor quantum dots are discussed.

סיליקון מתכת-תחמוצת-מוליכים למחצה קוונטי נקודות לשאיבת חד אלקטרון

As mass-produced silicon transistors have reached the nano-scale, their behavior and performances are increasingly affected, and often deteriorated, by ...

Experimental Procedure for Warm Spinning of Cast Aluminum Components

High performance, cast aluminum automotive wheels are increasingly being incrementally formed via flow forming/metal spinning at elevated temperatures to improve material properties. With a wide array of processing parameters which can affect both the shape attained and resulting material properties, this type of processing is notoriously difficult to commission. A simplified, light-duty version of the process has been designed and implemented for full-size automotive wheels. The apparatus is intended to assist in understanding the deformation mechanisms and the material response to this type of processing. An experimental protocol has been developed to prepare for, and subsequently perform forming trials and is described for as-cast A356 wheel blanks. The thermal profile attained, along with instrumentation details are provided. Similitude with full-scale forming operations which impart significantly more deformation at faster rates is discussed.

An experimental protocol for instrumented warm rotary forming of cast aluminum alloys employing a bespoke industrially scaled apparatus is presented. Experimental considerations including thermal and mechanical effects are discussed, as well as similitude with full-scale processing of automotive wheels.

נוהל ניסיוני עבור ספינינג חם של רכיבי אלומיניום יצוקים

High performance, cast aluminum automotive wheels are increasingly being incrementally formed via flow forming/metal spinning at elevated temperatures to ...

Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit manipulation, and integrated single-photon detectors. Here, we present the key aspects of preparing and testing a silicon photonic quantum chip with an integrated photon source and two-photon interferometer. The most important aspect of an integrated quantum circuit is minimizing loss so that all of the generated photons are detected with the highest possible fidelity. Here, we describe how to perform low-loss edge coupling by using an ultra-high numerical aperture fiber to closely match the mode of the silicon waveguides. By using an optimized fusion splicing recipe, the UHNA fiber is seamlessly interfaced with a standard single-mode fiber. This low-loss coupling allows the measurement of high-fidelity photon production in an integrated silicon ring resonator and the subsequent two-photon interference of the produced photons in a closely integrated Mach-Zehnder interferometer. This paper describes the essential procedures for the preparation and characterization of high-performance and scalable silicon quantum photonic circuits.

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum systems. Presented here is a method for preparing and testing a silicon photonic chip for quantum measurements.