論文の概要: Optical Investigations of Coherence and Relaxation Dynamics of a Thulium-doped Yttrium Gallium Garnet Crystal at sub-Kelvin Temperatures for Optical Quantum Memory

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.08167v1
• Date: Wed, 12 Jun 2024 12:56:19 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-06-13 17:05:29.521863
• Title: Optical Investigations of Coherence and Relaxation Dynamics of a Thulium-doped Yttrium Gallium Garnet Crystal at sub-Kelvin Temperatures for Optical Quantum Memory
• Title（参考訳）: セルビン下温度におけるツリウム添加イットリウムガリウムガーネット結晶の光量子記憶におけるコヒーレンスと緩和ダイナミクスの光学的検討
• Authors: Antariksha Das, Mohsen Falamarzi Askarani, Jacob H. Davidson, Neil Sinclair, Joshua A. Slater, Sara Marzban, Daniel Oblak, Charles W. Thiel, Rufus L. Cone, Wolfgang Tittel,
• Abstract要約: 我々はイットリウムガーネット(Tm:YGG)の光コヒーレンスとエネルギーレベル寿命の測定を報告した。 この結果から、Tm:YGGは量子リピータのための多重フォトニック量子メモリとして有望であることが示唆された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Rare-earth ion-doped crystals are of great interest for quantum memories, a central component in future quantum repeaters. To assess the promise of 1$\%$ Tm$^{3+}$-doped yttrium gallium garnet (Tm:YGG), we report measurements of optical coherence and energy-level lifetimes of its $^3$H$_6$ $\leftrightarrow$ $^3$H$_4$ transition at a temperature of around 500 mK and various magnetic fields. Using spectral hole burning, we find hyperfine ground-level (Zeeman level) lifetimes of several minutes at magnetic fields of less than 1000 G. We also measure coherence time exceeding one millisecond using two-pulse photon echoes. Three-pulse photon echo and spectral hole burning measurements reveal that due to spectral diffusion, the effective coherence time reduces to a few $\mu$s over a timescale of around two hundred seconds. Finally, temporal and frequency-multiplexed storage of optical pulses using the atomic frequency comb protocol is demonstrated. Our results suggest Tm:YGG to be promising for multiplexed photonic quantum memory for quantum repeaters.
• Abstract（参考訳）: 希土類イオンドープ結晶は将来の量子リピータの中心となる量子メモリに非常に興味がある。 1$\%$Tm$^{3+}$-doped yttrium gallium garnet (Tm:YGG) の公約を評価するため、約500mKの温度と様々な磁場で、その$^3$H$_6$$\leftrightarrow$$^3$H$_4$遷移の光コヒーレンスとエネルギーレベル寿命の測定を報告した。 また、2パルス光子エコーを用いて1ミリ秒を超えるコヒーレンス時間も測定した。 3パルス光子エコーとスペクトルホール燃焼測定により、スペクトル拡散により、有効コヒーレンス時間はおよそ200秒の時間スケールで数$\mu$sに減少することが明らかになった。 最後に、原子周波数コムプロトコルを用いた光パルスの時間・周波数多重ストレージを示す。 この結果から、Tm:YGGは量子リピータのための多重フォトニック量子メモリとして有望であることが示唆された。

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