KR20230136660A - 중온 원자 증기 셀 디바이스에서의 양자 정보의 고충실도 저장 및 리트리벌 - Google Patents
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Abstract
양자 메모리 디바이스, 및 양자 메모리 디바이스로부터의 큐비트의 저장 및 리트리벌을 위한 방법들이 설명된다. 양자 메모리 디바이스는, 광자의 임의적 편광 상태로 인코딩된 입력 큐비트를 평행 광학 레일 쌍에서 전파되는 공간 큐비트로 변환하기 위한 제1 광학 컴포넌트, 공간 큐비트를 원자 증기에 저장하기 위한 원자 증기 메모리, 및 원자 증기 메모리로부터 리트리브될 때 공간 큐비트를 광자의 임의적 편광 상태로 인코딩된 출력 큐비트로 결합하기 위한 제2 광학 컴포넌트를 포함한다.
Description
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 "HIGH FIDELITY STORAGE AND RETRIEVAL OF QUANTUM INFORMATION IN A WARM ATOMIC VAPOR CELL DEVICE"라는 명칭으로 대리인 문서번호 제Q0074.70006US00호 하에서 2021년 2월 5일자로 출원된 미국 가출원 제63/146,201호 및 "HIGH FIDELITY STORAGE AND RETRIEVAL OF QUANTUM INFORMATION IN A WARM ATOMIC VAPOR CELL DEVICE"라는 명칭으로 대리인 문서번호 제Q0074.70006US01호 하에서 2021년 9월 17일자로 출원된 미국 가출원 제63/245763호에 대해 35 U.S.C. § 119(e) 하의 권익을 주장하며, 상기 출원들 둘 모두는 그들 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
연방 후원 연구
본 발명은 미국 에너지부에 의해 수여된 DE-SC0019702 하에서 정부 지원으로 이루어졌다. 미국 정부는 본 발명에 대해 특정 권리들을 갖는다.
양자 네트워크들은, 물리적으로 분리된 양자 프로세서들 또는 다른 양자 디바이스들(예컨대, 양자 센서들) 사이에서 양자 비트("큐비트")들의 형태의 정보의 송신을 가능하게 한다. 양자 네트워크들은 일정 거리들에 걸친 광학 양자 통신을 가능하게 하는 데 사용될 수 있고, (예컨대, 편광으로) 정보가 인코딩되는 단일 광자들의 송신을 통해서 표준 원격통신 광섬유들을 통해 구현될 수 있다. 임의의 거리들에 걸친 양자 정보의 신뢰가능한 송신을 가능하게 하기 위해, 부가적인 컴포넌트들이 필요할 수 있다.
다음은 본 출원의 일부 실시예들의 비-제한적인 요약이다. 본 출원의 일부 양상들은 양자 메모리 디바이스에 관한 것이다. 양자 메모리 디바이스는, 광자의 임의적 편광 상태로 인코딩된 입력 큐비트를 평행 광학 레일 쌍에서 전파되는 공간 큐비트로 변환하도록 구성되는 제1 광학 컴포넌트; 제1 광학 컴포넌트의 출력에 결합되고 공간 큐비트를 원자 증기에 저장하도록 구성되는 원자 증기 메모리; 및 원자 증기 메모리의 출력에 결합되는 제2 광학 컴포넌트 ― 제2 광학 컴포넌트는, 원자 증기 메모리로부터 리트리브(retrieve)될 때 공간 큐비트를 출력 큐비트로 변환하도록 구성되고, 출력 큐비트는 광자의 임의적 편광 상태로 인코딩됨 ― 를 포함한다.
일부 실시예들에서, 제1 광학 컴포넌트 및/또는 제2 광학 컴포넌트는 사냑-형(Sagnac-like) 디바이스이며, 이는, 편광 빔 분할기(PBS); PBS의 제1 출력에 광학적으로 결합되는 제1 가변 각도 미러; 및 PBS의 제2 출력에 광학적으로 결합되는 제2 가변 각도 미러를 포함한다. 일부 실시예들에서, 제1 가변 각도 미러는 편광 빔 분할기에 대해 제1 각도로 배치되고, 제2 가변 각도 미러는 편광 빔 분할기에 대해 제2 각도로 배치되며, 여기서, 제2 각도는 제1 각도와 상이하다. 일부 실시예들에서, 제1 및/또는 제2 각도를 변경하는 것은 평행 광학 레일 쌍의 광학 레일들 사이의 분리의 변경을 야기한다.
일부 실시예들에서, 양자 메모리 디바이스는, 제1 광학 컴포넌트의 입력에 광학적으로 결합되는 브래그(Bragg) 격자 필터를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 양자 메모리 디바이스는, 제2 광학 컴포넌트의 출력에 광학적으로 결합되는 평평한 에탈론 캐비티 쌍을 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 평평한 에탈론 캐비티 쌍의 평평한 에탈론 캐비티들은 그들의 입사면들이 작은 평행을 벗어난 각도로 있게 배열된다. 일부 실시예들에서, 양자 메모리 디바이스는, 출력 큐비트가 평평한 에탈론 캐비티 쌍을 통해 적어도 두 번 통과하게 하도록 구성되는 적어도 3개의 미러를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 양자 메모리 디바이스는, 제2 광학 컴포넌트의 출력에 광학적으로 결합되는 만곡형 에탈론 캐비티 쌍을 더 포함한다.
본 출원의 일부 양상들은 큐비트를 저장 및 리트리브하는 방법에 관한 것이다. 방법은, 광자의 임의적 편광 상태로 인코딩된 큐비트를 수신하는 단계; 광학 요소들의 사냑-형 구성을 포함하는 제1 광학 컴포넌트를 사용하여, 큐비트를 평행 광학 레일 쌍에서 전파되는 공간 큐비트로 변환하는 단계; 공간 큐비트를 원자 증기 메모리에 저장하는 단계; 원자 증기 메모리로부터 공간 큐비트를 리트리브하고 출력하는 단계; 광학 요소들의 사냑-형 구성을 포함하는 제2 광학 컴포넌트를 사용하여, 공간 큐비트를 임의적 편광 상태로 인코딩된 큐비트로 재변환하는 단계; 및 큐비트를 출력하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 큐비트를 공간 큐비트로 변환하는 단계는, 편광 빔 분할기(PBS)에서 큐비트를 수신하는 단계; PBS를 사용하여 큐비트를 공간 큐비트로 변환하는 단계; 제1 가변 각도 미러 및 제2 가변 각도 미러를 사용하여 공간 큐비트를 PBS를 통해 다시 지향시키는 단계; 및 PBS로부터 공간 큐비트를 평행 광학 레일 쌍에 출력하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 제1 가변 각도 미러는 PBS에 대해 제1 각도로 배치되고, 제2 가변 각도 미러는 PBS에 대해 제2 각도로 배치되며, 방법은, 제1 및/또는 제2 각도를 변경함으로써 평행 광학 레일 쌍의 레일들 사이의 간격을 변경하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 방법은, 평행 광학 레일 쌍의 레일들 사이의 간격을 증가시키는 것; 및 원자 증기 메모리에 입사되는 평행 광학 레일 쌍의 각각의 레일의 직경을 증가시키는 것에 의해 큐비트의 저장을 위한 결맞음(coherence) 시간을 변경하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 방법은, 공간 큐비트를 원자 증기 메모리에 저장하기 전에 제어 필드 빔 쌍을 광학 레일 쌍의 개개의 레일들과 결합하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 방법은, 브래그 격자 필터를 사용하여 입력 제어 필드 빔을 필터링하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 방법은, 큐비트를 출력한 후에, 제1 인스턴스에서 2개의 평평한 에탈론을 통해 제1 방향으로 큐비트를 통과시키는 단계 ― 2개의 평평한 에탈론은 그들의 입사면들이 작은 평행을 벗어난 각도로 있게 배열됨 ―; 및 제2 인스턴스에서 2개의 평평한 에탈론을 통해 제1 방향으로 큐비트를 통과시키는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 제2 인스턴스에서 2개의 평평한 에탈론을 통해 큐비트를 통과시키는 단계는 3개 이상의 미러를 사용하여 큐비트를 스티어링하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 큐비트는, 제1 인스턴스에서, 제1 위치에서 2개의 평평한 에탈론을 통해 2개의 평평한 에탈론의 중심 축의 일 측으로 통과하고, 큐비트는, 제2 인스턴스에서, 제2 위치에서 2개의 평평한 에탈론을 통해 중심 축의 다른 측으로 통과한다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 인스턴스들에서 2개의 평평한 에탈론을 통해 큐비트를 통과시키는 단계는 100 dB 이상 150 dB 이하의 소광 비를 달성한다.
일부 실시예들에서, 방법은, 큐비트를 출력한 후에, 2개의 만곡형 에탈론을 통해 제1 방향으로 큐비트를 통과시키는 단계를 더 포함하며, 2개의 만곡형 에탈론은 그들의 입사면들이 작은 평행을 벗어난 각도로 있게 배열된다.
첨부된 도면들은 실척으로 도시되도록 의도되지 않는다. 도면들에서, 다양한 도면들에 예시된 각각의 동일한 또는 거의 동일한 컴포넌트는 동일한 숫자로 표현된다. 명확화의 목적들을 위해, 모든 각각의 도면에서 모든 각각의 컴포넌트가 라벨링되지는 않을 수도 있다. 도면들에서:
도 1은 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 광-물질 인터페이스를 사용하여 큐비트들을 저장 및 리트리브하도록 구성되는 디바이스(100)의 개략도를 도시한다.
도 2는 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 제어 레이저 빔이 양자 메모리에 들어가기 전에 제어 레이저 빔에 존재하는 잡음을 감소시키도록 구성되는 디바이스(200)의 개략도이다.
도 3은 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 도 1의 디바이스(100)로부터 리트리브된 광학 신호를 필터링하도록 구성되는 디바이스(300)의 개략도를 도시한다.
도 4는 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 도 1의 디바이스(100)로부터 리트리브된 광학 신호를 필터링하도록 구성되는 다른 디바이스(400)의 개략도를 도시한다.
도 5는 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 큐비트를 저장 및 리트리브하기 위한 프로세스(500)를 설명하는 흐름도이다.
도 6a는 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 광-물질 인터페이스의 원자 증기 메모리의 큐비트 저장의 결맞음 시간에 대한 빔 직경의 영향을 도시하는 플롯이다.
도 6b는 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 광-물질 인터페이스의 원자 증기 메모리의 결맞음 시간에 대한 원자 증기 셀 증기압의 영향을 도시하는 플롯이다.
도 7a 및 도 7b는 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 좌측 및 우측 광학 레일들에 대한 저장 시간의 함수로서의 저장 효율을 도시하는 플롯들이다.
도 8은 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 광-물질 인터페이스의 원자 증기 메모리의 시간 경과에 따른 고전적 충실도를 도시하는 플롯이다.
도 9는 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 광-물질 인터페이스의 원자 증기 메모리로부터의 리트리브된 광자들의 신호 대 잡음 비(SNR)를 도시하는 플롯이다.
도 1은 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 광-물질 인터페이스를 사용하여 큐비트들을 저장 및 리트리브하도록 구성되는 디바이스(100)의 개략도를 도시한다.
도 2는 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 제어 레이저 빔이 양자 메모리에 들어가기 전에 제어 레이저 빔에 존재하는 잡음을 감소시키도록 구성되는 디바이스(200)의 개략도이다.
도 3은 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 도 1의 디바이스(100)로부터 리트리브된 광학 신호를 필터링하도록 구성되는 디바이스(300)의 개략도를 도시한다.
도 4는 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 도 1의 디바이스(100)로부터 리트리브된 광학 신호를 필터링하도록 구성되는 다른 디바이스(400)의 개략도를 도시한다.
도 5는 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 큐비트를 저장 및 리트리브하기 위한 프로세스(500)를 설명하는 흐름도이다.
도 6a는 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 광-물질 인터페이스의 원자 증기 메모리의 큐비트 저장의 결맞음 시간에 대한 빔 직경의 영향을 도시하는 플롯이다.
도 6b는 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 광-물질 인터페이스의 원자 증기 메모리의 결맞음 시간에 대한 원자 증기 셀 증기압의 영향을 도시하는 플롯이다.
도 7a 및 도 7b는 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 좌측 및 우측 광학 레일들에 대한 저장 시간의 함수로서의 저장 효율을 도시하는 플롯들이다.
도 8은 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 광-물질 인터페이스의 원자 증기 메모리의 시간 경과에 따른 고전적 충실도를 도시하는 플롯이다.
도 9는 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 광-물질 인터페이스의 원자 증기 메모리로부터의 리트리브된 광자들의 신호 대 잡음 비(SNR)를 도시하는 플롯이다.
실온 양자 메모리들은 양자 네트워크 아키텍처들에서 사용되어 네트워크에 걸친 포토닉(photonic) 큐비트들의 일시적 저장 및 동기화를 허용한다. 그러한 기능들을 수행하기 위해, 양자 메모리는 큐비트들 상에 인코딩된 정보를 손상시킴이 없이 임의의 랜덤 입력 큐비트를 수신하고 코히어런트하게 저장한다. 본 발명자들은, 임의적 편광을 갖는 큐비트들이 큐비트들의 수직 및/또는 수평 편광 성분들을 독립적인 광학 빔("레일")들로 분리함으로써 저장될 수 있다는 것을 인지하고 인식하였다. 분리된 수직 및 수평 성분들은 이어서, 저장소로부터의 리트리벌(retrieval) 이후에 단일 광학 빔으로 재결합될 수 있다.
그에 따라서, 이중 레일 양자 메모리 시스템이 본원에서 설명된다. 이중 레일 양자 메모리는, 부정합을 이룬 미러 각도들을 갖는 사냑-형 구성으로 배열된 광학 요소들을 사용하여 큐비트들의 수직 및 수평 편광 성분들을 분리하고, 리트리벌 후에, 결합한다. 전통적인 사냑 구성에서, 2개로 분할된 광학 빔에 대해 동일한 중첩 광학 경로들이 제공된다. 본 발명자들은, 이러한 2개의 빔이 사냑-형 구성에서 미러 각도들에 의해 정의된 거리만큼 중첩되기보다는 그만큼 분리될 수 있다는 것을 인지하고 인식하였다. 빔들은 사냑-형 구성의 미러들을 2개의 약간 상이한 각도로 배치함으로써 분리될 수 있다(예컨대, 각도들은 0° 내지 1°, 2°, 5°, 및/또는 10°의 범위 내의 부정합을 가질 수 있음). 이러한 배열은 2개의 광학 빔 사이의 조정가능한 분리를 허용한다. 이러한 조정가능성은 상이한 빔 직경들의 사용을 지원하며, 이는 차례로, 메모리에 대한 조정가능한 결맞음 시간을 가능하게 한다.
그에 따라서, 본 발명자들은, 큐비트들을 원자 증기 메모리에 저장하고 그로부터 리트리브하도록 구성되는 양자 메모리 디바이스를 개발하였다. 양자 메모리 디바이스는, 광자의 임의적 편광 상태로 인코딩된 입력 큐비트를 평행 광학 레일 쌍에서 전파되는 공간 큐비트로 변환하도록 구성되는 제1 광학 컴포넌트(예컨대, 사냑-형 구성)를 포함한다. 양자 메모리 디바이스는, 제1 광학 컴포넌트의 출력에 결합되고 공간 큐비트를 원자 증기에 저장하도록 구성되는 원자 증기 메모리(예컨대, 하나 이상의 원자 증기 셀을 포함함)를 포함한다. 그 후, 공간 큐비트는 원자 증기 메모리로부터 리트리브되고, 공간 큐비트를 출력 큐비트로 변환하도록 구성되는 제2 광학 컴포넌트에 출력될 수 있으며, 출력 큐비트는 광자의 임의적 편광 상태로 인코딩된다. 제1 광학 컴포넌트 및/또는 제2 광학 컴포넌트들은, 편광 빔 분할기(PBS) 및 PBS의 2개의 출력에 광학적으로 결합되는 2개의 가변 각도 미러를 포함하는 사냑-형 디바이스들이다.
본 발명자들은, 양자 메모리로부터의 큐비트들의 리트리벌 이후에 제어 필드 레이저 빔의 높은 소광(>120 dB)을 달성하는 광학 주파수 필터링 메커니즘을 추가로 개발하였다. 광학 필터링 메커니즘은, 낮은 예리도(finesse)의 평평한 에탈론들을 통해 광을 두 번 통과시킴으로써 이러한 높은 소광 값을 달성한다. 평평한 에탈론 캐비티들을 통해 광을 두 번 통과시키는 것은 양자 메모리의 열적 및 기계적 정렬 섭동들에 대한 개선된 안정성을 제공한다.
양자 원격통신 시스템들을 위한 동적 편광 드리프트 보정을 구현하기 위한 기법들과 관련된 다양한 개념들 및 그 기법들의 실시예들의 더 상세한 설명들이 아래에 후속된다. 본원에서 설명된 다양한 양상들이 수많은 방식들 중 임의의 방식으로 구현될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 특정 구현들의 예들은 단지 예시의 목적들을 위해 본원에서 제공된다. 게다가, 아래의 실시예들에서 설명된 다양한 양상들은 단독으로 또는 임의의 조합들로 사용될 수 있으며, 본원에서 명시적으로 설명된 조합들로 제한되지 않는다.
도 1은 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른 광학 디바이스(100)의 개략도를 도시한다. 광학 디바이스(100)는 양자 메모리 계층을 형성하며, 이로부터, (예컨대, 임의적 편광의) 큐비트들을 갖는 광자들이 요구 시에 저장 및 리트리브될 수 있다. 도 1에서, 입력(101)은, 큐비트들(예컨대, 광자 또는 광자들의 편광으로 인코딩됨)이 디바이스(100)에 들어가는 입력 포트이다. 디바이스(100)는, 제어 필드 및/또는 큐비트들의 편광을 조정하도록 구성되는 다수의 파장판들(102 및 103)을 포함한다.
일부 실시예들에서, 큐비트들은 입력(101)으로부터 모듈(110)로 이동한다. 모듈(110)은, 광자의 편광 상태로 인코딩된 수신된 큐비트를 평행 광학 레일들(111a 및 111b)을 따라 전파되는 공간 큐비트로 변환하는 혼합 각도 사냑 간섭계이다. 모듈(110)은, 공간 큐비트를 평행 광학 레일들(111a 및 111b)을 따라 전파되는 단일 광자의 중첩의 진폭 및 위상으로 인코딩할 수 있다. 예컨대, 수신된 큐비트가 의 임의적 편광 상태로 인코딩된 경우, 모듈(110)에 의해 출력된 공간 큐비트는 의 공간 상태로 인코딩되며, 여기서, 및 은 각각 좌측 레일 및 우측 레일이고, 는 위상이다.
일부 실시예들에서, 모듈(110)은, 편광 빔 분할기(PBS)(110a) 및 2개의 가변 각도 미러(110b 및 110c)를 포함한다. 2개의 가변 각도 미러(110b 및 110c) 사이의 각도는 광자가 모듈(110)을 빠져나간 후의 2개의 광학 레일(111a 및 111b) 사이의 분리를 정의한다. 2개의 광학 레일(111a 및 111b) 사이의 분리를 변경하는 것은 양자 메모리의 결맞음 시간을 변경한다. 바람직하게는, 2개의 광학 레일(111a 및 111b) 사이의 분리는 2개의 광학 레일(111a 및 111b)이 공간적으로 중첩되게 함이 없이 양자 메모리의 결맞음 시간이 최대화되도록 변경될 수 있다.
일부 실시예들에서, 공간 큐비트 쌍이 모듈(110)을 빠져나간 후에, 공간 큐비트 쌍은 디바이스(112)에 들어간다. 디바이스(112)는 공간 큐비트를 광-물질 인터페이스(113) 내로 재지향시키도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 디바이스(112)는 편광 빔 분할기(예컨대, 글랜-테일러(Glan-Taylor) 편광기)일 수 있다. 광-물질 인터페이스(113)는, 공간 큐비트 쌍에 의해 전달되는 양자 정보를 저장하도록 구성되는 하나 이상의 원자 증기 셀(113a)을 포함한다. 예컨대, 하나 이상의 원자 증기 셀(113a)은, 양자 정보를 흡수 및 저장할 수 있는 특정 동위원소들(예컨대, 87Rb의 원자들, Cs의 원자들, 또는 임의의 다른 적합한 알칼리 금속의 원자들)의 증기를 포함할 수 있다. 원자 증기 셀들(113a)은, 온도 제어되고 자기적으로 차폐된 컨테이너(예컨대, Mu-금속으로 형성됨) 내에 에워싸일 수 있다. 도 1의 예시가 단일 원자 증기 셀(113a)만을 도시하지만, 본 기술의 양상들이 이와 관련하여 제한되지 않기 때문에 디바이스(100)는 하나 초과(예컨대, 2개, 3개, 4개 등)의 원자 증기 셀(113a)을 포함할 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
일부 실시예들에서, 큐비트가 원자 증기 셀(113a)에 저장된 후에, 큐비트는 원자 증기 셀(113a)로부터 리트리브되고 편광 빔 분할기(122)에 의해 모듈(114)로 지향될 수 있다. 모듈(114)은, 공간 큐비트를 편광 큐비트에(예컨대, 임의적 편광 상태로 인코딩된 큐비트를 갖는 광자에) 맵핑하도록 구성되는 혼합 각도 사냑 간섭계이다. 최종 세트의 미러들은 편광 큐비트를 출력 포트(115)로 지향시키며, 여기서, 디바이스(100)는 리트리브된 편광 큐비트들을 출력한다.
일부 실시예들에서, 디바이스(100)는 제어 필드 입력(120)을 포함한다. 제어 필드 입력(120)은 제어 필드 레이저 빔을 위한 입력 포트이다. 제어 필드 레이저 빔은, 큐비트들을 디바이스(100)에 저장하고 그로부터 리트리브하는 프로세스를 제어하도록 구성된다. 제어 큐비트들은 제어 필드 입력(120)으로부터 모듈(121)로 지향된다. 모듈(121)은 또한 모듈(110)과 같은 혼합 각도 사냑 간섭계이다. 모듈(121)은, 수신된 제어 필드 큐비트들을 동일하지만 공간적으로 분리된 2개의 제어 필드 빔으로 분할하도록 구성된다. 디바이스(112)는, 모듈(121)로부터 수신된 2개의 제어 필드 빔을, 큐비트들이 광-물질 인터페이스(113)에 들어가기 전에 공간 큐비트 쌍(예컨대, 광학 레일들(111a 및 111b))과 결합한다. 큐비트들이 광-물질 인터페이스(113)로부터 리트리브될 때, 편광 빔 분할기(122)는 리트리브된 큐비트들로부터 제어 필드 빔들을 대략적으로 50 dB의 성공률로 분리한다. 편광 빔 분할기(122) 이후에 거의 대부분의 제어 빔이 리트리브된 데이터 큐비트들로부터 제거된다.
도 2는 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 제어 필드 레이저 빔이 양자 메모리에 들어가기 전에 제어 필드 레이저 빔에 존재하는 잡음을 감소시키도록 구성되는 디바이스(200)의 개략도이다. 디바이스(200)는, 제어 필드 레이저 빔에서 광대역 잡음을 감소시키도록 구성된다. 특히, 디바이스(200)는, 제어 필드 레이저 빔이 디바이스(100)에 들어가는 광섬유들을 따라 전파될 때 발생하는 레이저의 증폭된 자발적 방출(amplified spontaneous emission)(ASE) 및 라만(Raman) 산란에 의해 야기되는 광대역 잡음을 감소시키도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 디바이스(200)는 입력(201) 및 출력(204)을 포함한다. 제어 필드 레이저 빔은 입력(201)을 통하여 디바이스(200)에 들어가고 출력(204)을 통하여 디바이스(200)에서 빠져나간다. 디바이스(200)의 출력(204)은, 디바이스(200)가 제어 필드 레이저 빔을 디바이스(100)에 제공하도록 디바이스(100)의 제어 필드 입력(120)에 결합될 수 있다. 출력(204)은, 예컨대, 짧은 광섬유 링크에 의해 또는 자유 공간 광학 연결을 통해 제어 필드 입력(120)에 광학적으로 결합될 수 있다.
일부 실시예들에서, 디바이스(200)는 필터(202)를 포함한다. 필터(202)는, 좁은 주파수 대역(예컨대, 대략적으로 20 GHz 폭) 내에서 광을 반사하도록 구성되는 브래그 격자 필터일 수 있다. 일부 실시예들에서, 필터(202)는 제어 필드 레이저 빔의 중심 주파수 모드와 공진을 유지하도록 수동적으로 조정될 수 있으며, 그에 의해, 제어 필드 레이저의 투과 피크 밖의 임의의 레이저 또는 라만 방출이 디바이스(200) 밖으로 투과되는 것이 최소화된다.
일부 실시예들에서, 디바이스(200)는, 필터(202)의 출력에 광학적으로 결합되는 캐비티(203)를 포함한다. 캐비티(203)는, 수동 필터링 캐비티(예컨대, 패브리-페로(Fabry-Perot) 에탈론 캐비티, 대략적으로 500 MHz의 주파수 대역폭을 갖는 캐비티)일 수 있다. 캐비티(203)는, 예컨대, 캐비티(203)를 감싸는 PID 제어 온도 제어기를 사용하여 안정화될 수 있다. 캐비티(203)는, 제어 필드 레이저의 중심 주파수 모드를 통과시키도록 조정된다.
도 3은 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 본원에서 도 1과 관련하여 설명된 바와 같은 디바이스(100)로부터 리트리브된 광학 신호를 필터링하도록 구성되는 디바이스(300)의 개략도를 도시한다. 디바이스(300)는 입력(301) 및 출력(304)을 포함한다. 입력(301)은, 디바이스(100)의 출력(115)에 (예컨대, 광섬유를 사용하여 또는 자유 공간을 통해) 광학적으로 결합될 수 있다.
일부 실시예들에서, 디바이스(300)는 에탈론 캐비티들(302a 및 302b)을 포함한다. 에탈론 캐비티들(302a, 302b)은, 온도 변동들에 대한 높은 강건성을 제공하고 종래의 만곡형 에탈론들과 비교하여 레이저 정렬에 상당히 덜 민감한 낮은 예리도(예컨대, 대략적으로 30의 예리도 값을 가짐)의 평평한 에탈론 캐비티들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 에탈론 캐비티들(302a 및 302b)에 의해 수신된 광은 약간의 입사각으로 수신될 수 있다. 이러한 입사각은 2개의 에탈론 캐비티(302a 및 302b) 사이의 격리에 대한 필요성을 제거한다. 일부 실시예들에서, 이러한 각도는 0°보다 크고 10°, 5°, 2°, 및/또는 1°보다 작을 수 있다.
일부 실시예들에서, 광이 제1 인스턴스에서 에탈론 캐비티들(302a 및 302b)을 통해 통과한 후에, 광은 추가적인 필터링을 위해 에탈론 캐비티들(302a 및 302b)을 통해 다시 재지향될 수 있다. 예컨대, 추가적인 필터링을 위해 에탈론 캐비티들(302a 및 302b)을 통해 다시 광을 재지향시키기 위해 3개의 미러(303a, 303b, 및 303c)가 사용될 수 있다. 에탈론 캐비티들(302a 및 302b)을 통해 광을 두 번 통과시킴으로써, 광은 4개의 에탈론 캐비티에 의해 효과적으로 필터링될 수 있다. 반복된 필터링은 캐비티들의 낮은 예리도를 보상하고 큐비트들에 동반되는 나머지 제어 필드 상에서 100 dB 내지 150 dB의 범위 내의 소광 값을 제공한다. 그에 따라서, 큐비트들이 출력(304)에서 디바이스(300)를 빠져나갈 때, 큐비트들은 10 이상 100 이하의 신호 대 잡음 비(SNR)를 가질 수 있다.
도 4는 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 본원에서 도 1과 관련하여 설명된 바와 같은 디바이스(100)로부터 리트리브된 광학 신호를 필터링하도록 구성되는 디바이스(400)의 개략도를 도시한다. 디바이스(400)는 입력(401) 및 출력(404)을 포함한다. 입력(401)은, 디바이스(100)의 출력(115)에 (예컨대, 광섬유를 사용하여 또는 자유 공간을 통해) 광학적으로 결합될 수 있다.
일부 실시예들에서, 디바이스(400)는 에탈론 캐비티들(402a 및 402b)을 포함한다. 에탈론 캐비티들(402a, 402b)은 만곡형 에탈론 캐비티들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 에탈론 캐비티들(402a 및 402b)에 의해 수신된 광은 약간의 입사각으로 수신될 수 있다. 이러한 입사각은 2개의 에탈론 캐비티(402a 및 402b) 사이의 격리에 대한 필요성을 제거한다. 일부 실시예들에서, 이러한 각도는 0°보다 크고 10°, 5°, 2°, 및/또는 1°보다 작을 수 있다. 에탈론 캐비티들(402a, 402b)은 큐비트들에 동반되는 나머지 제어 필드 상에서 100 dB 내지 150 dB의 범위 내의 소광 값을 제공할 수 있다. 그에 따라서, 본원에서 도 9와 관련하여 설명된 바와 같이, 큐비트들이 출력(404)에서 디바이스(400)를 빠져나갈 때, 큐비트들은 10 이상 100 이하의 신호 대 잡음 비(SNR)를 가질 수 있다.
도 5는 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 큐비트를 저장 및 리트리브하기 위한 프로세스(500)를 설명하는 흐름도이다. 프로세스(500)는, 일부 실시예들에서, 예컨대, 본원에서 도 1과 관련하여 설명된 바와 같은 광학 디바이스(100)를 사용하여 수행될 수 있다.
프로세스(500)는 동작(502)에서 시작될 수 있으며, 여기서, 광자의 임의적 편광 상태로 인코딩된 큐비트가 수신된다. 예컨대, 광자의 임의적 편광 상태 는 다음에 의해 설명될 수 있다:
여기서, 및 는 수평 및 수직 편광 기저 상태들이고, 는 광자의 위상이다.
일부 실시예들에서, 큐비트는 광섬유 연결을 통해 광학 디바이스에 의해 수신될 수 있다. 예컨대, 큐비트는, 광학 디바이스로부터 일정 거리(예컨대, 수 킬로미터)에 떨어져 위치된 큐비트 소스로부터 원격통신 광섬유를 통해 수신될 수 있다. 대안적으로, 일부 실시예들에서, 큐비트는 광학 디바이스와 공동-위치(co-locate)된(예컨대, 광학 디바이스와 동일한 방에 있는, 광학 디바이스와 동일한 설비에 있는) 큐비트 소스로부터 광섬유를 통해 또는 자유 공간을 통해 수신될 수 있다.
동작(502) 이후에, 프로세스(500)는 일부 실시예들에서 동작(504)으로 진행할 수 있다. 동작(504)에서, 수신된 큐비트는 평행 광학 레일 쌍에서 전파되는 공간 큐비트로 변환될 수 있다. 수신된 큐비트는, 광학 요소들의 사냑-형 구성을 포함하는 제1 광학 컴포넌트를 사용하여 변환될 수 있다. 예컨대, 제1 광학 컴포넌트는, 본원에서 도 1과 관련하여 설명된 바와 같은 광학 디바이스(100)의 모듈(110)일 수 있다.
일부 실시예들에서, 큐비트를 공간 큐비트로 변환하는 것은, 편광 빔 분할기(PBS; 예컨대, PBS(110a))에서 큐비트를 수신하는 것, 및 PBS를 사용하여 큐비트를 공간 큐비트로 변환하는 것을 포함할 수 있다. 예컨대, PBS는, 수신된 큐비트의 임의적 편광 상태를 의 공간 상태로 인코딩된 공간 큐비트 출력으로 인코딩할 수 있으며, 여기서, 및 은 각각 좌측 레일 및 우측 레일이다.
일부 실시예들에서, 제1 및 제2 가변 각도 미러들(예컨대, 가변 각도 미러들(110b, 110c))을 사용하여 PBS를 통해 다시 공간 큐비트를 지향시키는 것은, 2개의 빔을 평행 광학 레일 쌍으로 물리적으로 분리할 수 있다. 광학 레일들의 물리적 분리의 정도(예컨대, 광학 레일들 사이의 간격)는 PBS에 대한 제1 및/또는 제2 가변 각도 미러들의 상대 각도를 변경함으로써 조정될 수 있다. 평행 광학 레일들이 분리된 후에, 공간 큐비트가 PBS로부터 그리고 제1 광학 컴포넌트로부터 출력될 수 있다.
동작(504) 이후에, 프로세스(500)는 일부 실시예들에서 동작(506)으로 진행할 수 있다. 동작(506)에서, 공간 큐비트는 원자 증기 메모리에 저장될 수 있다. 예컨대, 공간 큐비트는 본원에서 도 1과 관련하여 설명된 바와 같은 광-물질 인터페이스(113)를 사용하여 저장될 수 있다. 원자 증기 메모리는 하나 이상의 원자 증기 셀을 포함할 수 있다. 하나 이상의 원자 증기 셀(113a)은, 양자 정보를 흡수 및 저장할 수 있는 특정 동위원소들(예컨대, 87Rb의 원자들, Cs의 원자들, 또는 임의의 다른 적합한 알칼리 금속의 원자들)의 증기를 포함할 수 있다. 원자 증기 셀들(113a)은, 온도 제어되고 자기적으로 차폐된 컨테이너(예컨대, Mu-금속으로 형성됨) 내에 에워싸일 수 있다. 일부 실시예들에서, 평행 광학 레일들은 공간 큐비트가 원자 증기 메모리에 저장되기 전에 제어 필드 빔 쌍과 결합될 수 있다.
일부 실시예들에서, 큐비트의 저장을 위한 결맞음 시간이 조정될 수 있다. 예컨대, 결맞음 시간은 평행 광학 레일 쌍의 레일들 사이의 간격을 증가시키는 것에 의해(예컨대, 제1 광학 컴포넌트의 PBS에 대한 제1 및/또는 제2 가변 각도 미러들의 각도를 변경하는 것에 의해) 조정될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 결맞음 시간은 원자 증기 메모리에 입사되는 평행 광학 레일 쌍의 각각의 레일의 직경을 변경함으로써 조정될 수 있다.
동작(506) 이후에, 프로세스(500)는 일부 실시예들에서 동작(508)으로 진행할 수 있다. 동작(508)에서, 공간 큐비트가 원자 증기 메모리로부터 리트리브되고 출력될 수 있다.
동작(508) 이후에, 프로세스(500)는 일부 실시예들에서 동작(510)으로 진행할 수 있다. 동작(510)에서, 공간 큐비트는 광자의 임의적 편광 상태로 인코딩된 큐비트로 재변환될 수 있다. 공간 큐비트는 광학 요소들의 사냑-형 구성을 포함하는 제2 광학 컴포넌트를 사용하여 재변환될 수 있다. 예컨대, 제2 광학 컴포넌트는, 본원에서 도 1과 관련하여 설명된 바와 같은 광학 디바이스(100)의 모듈(114)일 수 있다.
일부 실시예들에서, 공간 큐비트를 큐비트로 재변환하는 것은, 편광 빔 분할기(PBS)에서 공간 큐비트를 수신하는 것, 및 PBS를 사용하여 공간 큐비트를 큐비트로 변환하는 것을 포함할 수 있다. 평행 광학 레일 쌍을 출력을 위한 단일 빔으로 재결합시키기 위해 다른 가변 각도 미러 쌍이 사용될 수 있다.
동작(510) 이후에, 프로세스(500)는 일부 실시예들에서 동작(512)으로 진행할 수 있다. 동작(512)에서, 큐비트가 출력될 수 있다. 예컨대, 큐비트는 광섬유 연결을 사용하여 광섬유 케이블 내로 출력될 수 있다. 대안적으로, 큐비트는 자유 공간 광학 연결을 사용하여 자유 공간 내로 출력될 수 있다.
일부 실시예들에서, 큐비트가 출력된 후에, 큐비트는 추가로 필터링될 수 있다. 예컨대, 큐비트는 하나 이상의 에탈론 캐비티를 통해 통과될 수 있다. 일부 실시예들에서, 큐비트는 2개의 만곡형 에탈론을 통해 통과될 수 있다. 2개의 만곡형 에탈론은 그들의 입사면들이 작은 평행을 벗어난 각도로 있게 배열될 수 있다.
대안적으로, 일부 실시예들에서, 큐비트는, 제1 인스턴스에서 그리고 제2 인스턴스에서 다시, 2개의 평평한 에탈론을 통해 제1 방향을 따라 통과될 수 있다. 제1 인스턴스에서, 큐비트는 제1 위치에서 2개의 평평한 에탈론을 통해 2개의 평평한 에탈론의 중심 축의 일 측으로 통과할 수 있다. 제2 인스턴스에서, 큐비트는 제2 위치에서 2개의 평평한 에탈론을 통해 중심 축의 다른 측으로 통과할 수 있다. 제1 및 제2 인스턴스들에서 2개의 평평한 에탈론을 통해 큐비트를 통과시키는 것은 100 dB 이상 150 dB 이하의 소광 비를 달성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 인스턴스에서 2개의 평평한 에탈론을 통해 큐비트를 스티어링하기 위해 3개 이상의 미러가 사용될 수 있다. 2개의 평평한 에탈론은 그들의 입사면들이 작은 평행을 벗어난 각도로 있게 배열될 수 있다.
도 6a는 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 광-물질 인터페이스의 원자 증기 메모리의 큐비트 저장의 결맞음 시간에 대한 빔 직경의 영향을 도시하는 플롯이다. 플롯은, 수직 축 상에서 정규화된 효율을 그리고 수평 축 상에서 마이크로초 단위의 저장 시간을 도시한다. 3개의 곡선(601, 602 및 603)이 플롯팅된다. 각각의 곡선(601, 602, 및 603)은, 양자 메모리의 평행 광학 레일들에서 사용되는 상이한 빔 직경들에 대한 상이한 저장 시간들에서의 (예컨대, 본원에서의 도 1의 광학 디바이스(100)와 같은) 양자 메모리의 저장 효율의 측정들에 대한 지수적 피팅(exponential fit)을 표현한다. 곡선(601)은, 정규화된 직경의 절반의 빔을 사용하여 취득된 데이터에 대한 피팅을 도시한다. 곡선(602)은, 정규화된 직경의 빔을 사용하여 취득된 데이터에 대한 피팅을 도시한다. 곡선(603)은 정규화된 직경의 두 배의 빔을 사용하여 취득된 데이터에 대한 피팅을 도시한다. 데이터는, 빔 크기가 곡선(601)에서 곡선(603)으로 증가함에 따라 둘 모두의 결맞음 시간이 증가된다는 것을 표시한다. 이러한 데이터는, 본원에서 설명된 바와 같은 양자 메모리의 결맞음 시간이 양자 메모리의 평행 광학 레일들의 빔 크기에 기반하여 조정될 수 있다는 것을 나타낸다.
도 6b는 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 광-물질 인터페이스의 원자 증기 메모리의 결맞음 시간에 대한 원자 증기 셀 증기압의 영향을 도시하는 플롯이다. 플롯은, 수직 축 상에서 정규화된 효율을 그리고 수평 축 상에서 마이크로초 단위의 저장 시간을 도시한다. 3개의 데이터 세트(604, 605, 및 606)가 플롯팅된다. 각각의 데이터 세트(604, 605, 및 606)는 양자 메모리의 광-물질 인터페이스의 원자 증기 셀들에서의 상이한 값들의 증기압에 대해 취득되었다. 데이터 세트들(604, 605, 및 606)은 각각 10 Torr, 20 Torr, 및 30 Torr의 증기압으로 취득되었다. 데이터는, 증기압이 데이터 세트(604)로부터 데이터 세트(605)로 증가함에 따라 결맞음 시간이 증가된다는 것을 표시한다. 이러한 데이터는, 본원에서 설명된 바와 같은 양자 메모리의 결맞음 시간이 양자 메모리에 사용된 원자 증기 셀들의 증기압에 기반하여 조정될 수 있다는 것을 나타낸다. 빔 크기 및 증기압의 효과들을 결합하여, 0.5 ms 내지 10 ms의 범위 내의 결맞음 시간들이 달성될 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 양자 메모리의 좌측 및 우측 광학 레일들 각각에 대한 저장 시간의 함수로서의 저장 효율을 도시하는 플롯들이다. 플롯들은, 수직 축 상에서 저장 효율을 그리고 수평 축 상에서 마이크로초 단위의 저장 시간을 도시한다. 곡선(701)은 좌측 광학 레일로부터 취득된 데이터에 대한 지수적 피팅이고, 곡선(702)은 우측 광학 레일로부터 취득된 데이터에 대한 지수적 피팅이다. 결맞음 시간은 곡선들(701 및 702)의 피팅들로부터 추출될 수 있고, 좌측 레일에 대해 157±8 ㎲이고 우측 레일에 대해 133±6 ㎲이다.
도 8은 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 광-물질 인터페이스의 원자 증기 메모리의 시간 경과에 따른 고전적 충실도를 도시하는 플롯이다. 플롯은, 수직 축 상에서 고전적 충실도를 그리고 수평 축 상에서 분 단위의 시간을 도시한다. 데이터 포인트들(801)은 상이한 리트리벌 시간들에서 본원에서 설명된 바와 같은 양자 메모리에 저장된 큐비트들의 충실도를 측정함으로써 수집되었다. 측정된 충실도들은 큐비트들의 저장 이후에 최대 400 분까지 99.4 %보다 크다.
도 9는 본원에서 설명된 기술의 일부 실시예들에 따른, 광-물질 인터페이스의 원자 증기 메모리로부터의 리트리브된 광자들의 신호 대 잡음 비(SNR)를 도시하는 플롯이다. 플롯은, 수직 축 상에서 측정된 광자 진폭을 그리고 수평 축 상에서 마이크로초 단위의 시간을 도시한다. 좌측 피크(901)는 양자 메모리에 대한 입력 큐비트에 기인하고, 우측 피크(902)는 저장에서 5 ㎲ 이후의 양자 메모리로부터의 큐비트의 리트리벌에 기인한다. 측정된 SNR은 대략적으로 이중 레일 양자 메모리에 대해 10이거나 (예컨대, 편광이 저장될 필요가 없는 경우) 단일 레일 양자 메모리에 대해 20이다. 그러한 높은 SNR은 95 %보다 큰 충실도를 초래한다.
위에 설명된 실시예들의 다양한 양상들은 단독으로, 조합하여, 또는 전술한 것에서 설명된 실시예들에서 구체적으로 논의되지 않은 다양한 배열들로 사용될 수 있으며, 따라서, 이들의 응용은 전술한 설명에 기재되거나 도면에 예시된 컴포넌트들의 세부사항들 및 배열로 제한되지 않는다. 예컨대, 일 실시예에서 설명된 양상들은 다른 실시예들에서 설명된 양상들과 임의의 방식으로 조합될 수 있다.
청구항 요소를 수정하기 위해 청구항들에서 "제1", "제2", "제3" 등과 같은 서수 용어들을 사용하는 것은 그 자체로서 방법의 동작들이 수행되는 시간적 순서, 또는 하나의 청구항 요소의 다른 청구항 요소에 대한 임의의 우선순위, 선행, 또는 순서를 함축하는 것이 아니라, 단지, 청구항 요소들을 구별하기 위해, 특정 명칭을 갖는 하나의 청구항 요소를 동일한 명칭을 갖는(그러나 서수 용어를 사용하는) 다른 요소와 구별하기 위한 라벨들로서 사용된다.
또한, 본원에서 사용되는 어법 및 용어법은 설명의 목적을 위한 것이고, 제한적인 것으로 여겨지지 않아야 한다. 본원에서 "구비", "포함, "가짐", "함유", "수반" 및 이들의 변형들의 사용은, 이후 열거되는 항목들 및 그들의 등가물들뿐만 아니라 부가적인 항목들을 포괄하는 것을 의미한다.
"예시적인"이라는 단어는, 예, 예증 또는 예시로서 기능하는 것을 의미하도록 본원에서 사용된다. 따라서, 예시적인 것으로 본원에서 설명된 임의의 실시예, 구현, 프로세스, 특징 등은 예시적인 예인 것으로 이해되어야 하며, 달리 표시되지 않는 한, 바람직하거나 유리한 예인 것으로 이해되어서는 안 된다.
따라서, 적어도 하나의 실시예의 몇몇 양상들을 설명하였지만, 다양한 변경들, 수정들, 및 개선들이 관련 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 용이하게 발생할 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 그러한 변경들, 수정들, 및 개선들은 본 개시내용의 일부인 것으로 의도되며, 본원에서 설명된 원리들의 사상 및 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 따라서, 전술한 설명 및 도면들은 단지 예로서 이루어진다.
Claims (20)
- 양자 메모리 디바이스로서,
광자의 임의적 편광 상태로 인코딩된 입력 큐비트를 평행 광학 레일 쌍에서 전파되는 공간 큐비트로 변환하도록 구성되는 제1 광학 컴포넌트;
상기 제1 광학 컴포넌트의 출력에 결합되고 상기 공간 큐비트를 원자 증기에 저장하도록 구성되는 원자 증기 메모리; 및
상기 원자 증기 메모리의 출력에 결합되는 제2 광학 컴포넌트 ― 상기 제2 광학 컴포넌트는, 상기 원자 증기 메모리로부터 리트리브(retrieve)될 때 상기 공간 큐비트를 출력 큐비트로 변환하도록 구성되고, 상기 출력 큐비트는 광자의 상기 임의적 편광 상태로 인코딩됨 ―
를 포함하는, 양자 메모리 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 제1 광학 컴포넌트 및/또는 상기 제2 광학 컴포넌트는,
편광 빔 분할기(PBS);
상기 PBS의 제1 출력에 광학적으로 결합되는 제1 가변 각도 미러; 및
상기 PBS의 제2 출력에 광학적으로 결합되는 제2 가변 각도 미러
를 포함하는 사냑-형(Sagnac-like) 디바이스인, 양자 메모리 디바이스. - 제2항에 있어서,
상기 제1 가변 각도 미러는 상기 편광 빔 분할기에 대해 제1 각도로 배치되고,
상기 제2 가변 각도 미러는 상기 편광 빔 분할기에 대해 제2 각도로 배치되며, 상기 제2 각도는 상기 제1 각도와 상이한, 양자 메모리 디바이스. - 제3항에 있어서,
상기 제1 각도 및/또는 상기 제2 각도를 변경하는 것은 상기 평행 광학 레일 쌍의 광학 레일들 사이의 분리의 변경을 야기하는, 양자 메모리 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 제1 광학 컴포넌트의 입력에 광학적으로 결합되는 브래그(Bragg) 격자 필터를 더 포함하는, 양자 메모리 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 제2 광학 컴포넌트의 출력에 광학적으로 결합되는 평평한 에탈론 캐비티 쌍(pair of flat etalon cavities)을 더 포함하는, 양자 메모리 디바이스. - 제6항에 있어서,
상기 평평한 에탈론 캐비티 쌍의 평평한 에탈론 캐비티들은 상기 평평한 에탈론 캐비티들의 입사면들이 작은 평행을 벗어난 각도(small off-parallel angle)로 있게 배열되는, 양자 메모리 디바이스. - 제6항에 있어서,
상기 출력 큐비트가 상기 평평한 에탈론 캐비티 쌍을 통해 적어도 두 번 통과하게 하도록 구성되는 적어도 3개의 미러를 더 포함하는, 양자 메모리 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 제2 광학 컴포넌트의 출력에 광학적으로 결합되는 만곡형 에탈론 캐비티 쌍을 더 포함하는, 양자 메모리 디바이스. - 큐비트를 저장 및 리트리브하는 방법으로서,
광자의 임의적 편광 상태로 인코딩된 큐비트를 수신하는 단계;
광학 요소들의 사냑-형 구성을 포함하는 제1 광학 컴포넌트를 사용하여, 상기 큐비트를 공간 큐비트로 변환하는 단계 ― 상기 공간 큐비트는 평행 광학 레일 쌍에서 전파됨 ―;
상기 공간 큐비트를 원자 증기 메모리에 저장하는 단계;
상기 원자 증기 메모리로부터 상기 공간 큐비트를 리트리브하고 출력하는 단계;
광학 요소들의 사냑-형 구성을 포함하는 제2 광학 컴포넌트를 사용하여, 상기 공간 큐비트를 상기 임의적 편광 상태로 인코딩된 상기 큐비트로 재변환하는 단계; 및
상기 큐비트를 출력하는 단계
를 포함하는, 방법. - 제10항에 있어서,
상기 큐비트를 공간 큐비트로 변환하는 단계는,
편광 빔 분할기(PBS)에서 상기 큐비트를 수신하는 단계;
상기 PBS를 사용하여 상기 큐비트를 상기 공간 큐비트로 변환하는 단계;
제1 가변 각도 미러 및 제2 가변 각도 미러를 사용하여 상기 공간 큐비트를 상기 PBS를 통해 다시 지향시키는 단계; 및
상기 PBS로부터 상기 공간 큐비트를 평행 광학 레일 쌍에 출력하는 단계
를 포함하는, 방법. - 제11항에 있어서,
상기 제1 가변 각도 미러는 상기 PBS에 대해 제1 각도로 배치되고,
상기 제2 가변 각도 미러는 상기 PBS에 대해 제2 각도로 배치되며,
상기 방법은, 상기 제1 각도 및/또는 상기 제2 각도를 변경함으로써 상기 평행 광학 레일 쌍의 레일들 사이의 간격을 변경하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제12항에 있어서,
상기 평행 광학 레일 쌍의 레일들 사이의 간격을 증가시키는 것; 및
상기 원자 증기 메모리에 입사되는 상기 평행 광학 레일 쌍의 각각의 레일의 직경을 증가시키는 것
에 의해 상기 큐비트의 저장을 위한 결맞음(coherence) 시간을 변경하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제10항에 있어서,
상기 공간 큐비트를 상기 원자 증기 메모리에 저장하기 전에 제어 필드 빔 쌍을 상기 광학 레일 쌍의 개개의 레일들과 결합하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제14항에 있어서,
브래그 격자 필터를 사용하여 입력 제어 필드 빔을 필터링하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제10항에 있어서, 상기 큐비트를 출력한 후에,
제1 인스턴스에서 2개의 평평한 에탈론을 통해 제1 방향으로 상기 큐비트를 통과시키는 단계 ― 상기 2개의 평평한 에탈론은 상기 2개의 평평한 에탈론의 입사면들이 작은 평행을 벗어난 각도로 있게 배열됨 ―; 및
제2 인스턴스에서 상기 2개의 평평한 에탈론을 통해 상기 제1 방향으로 상기 큐비트를 통과시키는 단계
를 더 포함하는, 방법. - 제16항에 있어서,
상기 제2 인스턴스에서 상기 2개의 평평한 에탈론을 통해 상기 큐비트를 통과시키는 단계는 3개 이상의 미러를 사용하여 상기 큐비트를 스티어링하는 단계를 포함하는, 방법. - 제16항에 있어서,
상기 큐비트는, 상기 제1 인스턴스에서, 제1 위치에서 상기 2개의 평평한 에탈론을 통해 상기 2개의 평평한 에탈론의 중심 축의 일 측으로 통과하고,
상기 큐비트는, 상기 제2 인스턴스에서, 제2 위치에서 상기 2개의 평평한 에탈론을 통해 상기 중심 축의 다른 측으로 통과하는, 방법. - 제16항에 있어서,
상기 제1 및 제2 인스턴스들에서 상기 2개의 평평한 에탈론을 통해 상기 큐비트를 통과시키는 단계는 100 dB 이상 150 dB 이하의 소광 비를 달성하는, 방법. - 제10항에 있어서, 상기 큐비트를 출력한 후에,
2개의 만곡형 에탈론을 통해 제1 방향으로 상기 큐비트를 통과시키는 단계를 더 포함하며, 상기 2개의 만곡형 에탈론은 상기 2개의 만곡형 에탈론의 입사면들이 작은 평행을 벗어난 각도로 있게 배열되는, 방법.
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