Abstract

The realization of quantum memory using warm atomic vapor cells is appealing because of their commercial availability and the perceived reduction in experimental complexity. In spite of the ambiguous results reported in the literature, we demonstrate that quantum memory can be implemented in a single cell with buffer gas using the geometry where the write and read beams are nearly copropagating. The emitted Stokes and anti-Stokes photons display cross-correlation values greater than 2, characteristic of quantum states, for delay times up to 4 μs.

© 2012 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. L. M. Duan, M. D. Lukin, J. I. Cirac, and P. Zoller, Nature 414, 413 (2001).
    [CrossRef]
  2. K. Hammerer, A. S. Sorensen, and E. S. Polzik, Rev. Mod. Phys. 82, 1041 (2010).
    [CrossRef]
  3. N. Sangouard, C. Simon, H. de Riedmatten, and N. Gisin, Rev. Mod. Phys. 83, 33 (2011).
    [CrossRef]
  4. M. D. Eisaman, A. André, F. Massou, M. Fleischhauer, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Nature 438, 837 (2005).
    [CrossRef]
  5. P. Walther, M. D. Eisaman, A. André, F. Massou, M. Fleischhauer, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Int. J. Quantum. Inform. 5, 51 (2007).
    [CrossRef]
  6. M. Hosseini, G. Campbell, B. M. Sparkes, P. K. Lam, and B. C. Buchler, Nature Phys. 7, 794 (2011).
    [CrossRef]
  7. K. F. Reim, J. Nunn, V. O. Lorenz, B. J. Sussman, K. C. Lee, N. K. Langford, D. Jaksch, and I. A. Walmsley, Nat. Photonics 4, 218 (2010).
    [CrossRef]
  8. K. F. Reim, P. Michelberger, K. C. Lee, J. Nunn, N. K. Langford, and I. A. Walmsley, Phys. Rev. Lett. 107, 053603 (2011).
    [CrossRef]
  9. W. Jiang, C. Han, P. Xue, L. M. Duan, and G. C. Guo, Phys. Rev. A 69, 043819 (2004).
    [CrossRef]
  10. W. Jiang, C. Han, P. Xue, L. M. Duan, and G. C. Guo, Phys. Rev. A 73, 069907(E) (2006).
    [CrossRef]
  11. M. D. Eisaman, L. Childress, A. André, F. Massou, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Phys. Rev. Lett. 93, 233602 (2004).
    [CrossRef]
  12. S. Manz, T. Fernholz, J. Schmiedmayer, and J. W. Pan, Phys. Rev. A 75, 040101R (2007).
    [CrossRef]
  13. A. André, “Nonclassical states of light and atomic ensembles: generation and new applications,” Ph.D thesis (Harvard University, 2005).

2011 (3)

N. Sangouard, C. Simon, H. de Riedmatten, and N. Gisin, Rev. Mod. Phys. 83, 33 (2011).
[CrossRef]

M. Hosseini, G. Campbell, B. M. Sparkes, P. K. Lam, and B. C. Buchler, Nature Phys. 7, 794 (2011).
[CrossRef]

K. F. Reim, P. Michelberger, K. C. Lee, J. Nunn, N. K. Langford, and I. A. Walmsley, Phys. Rev. Lett. 107, 053603 (2011).
[CrossRef]

2010 (2)

K. F. Reim, J. Nunn, V. O. Lorenz, B. J. Sussman, K. C. Lee, N. K. Langford, D. Jaksch, and I. A. Walmsley, Nat. Photonics 4, 218 (2010).
[CrossRef]

K. Hammerer, A. S. Sorensen, and E. S. Polzik, Rev. Mod. Phys. 82, 1041 (2010).
[CrossRef]

2007 (2)

P. Walther, M. D. Eisaman, A. André, F. Massou, M. Fleischhauer, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Int. J. Quantum. Inform. 5, 51 (2007).
[CrossRef]

S. Manz, T. Fernholz, J. Schmiedmayer, and J. W. Pan, Phys. Rev. A 75, 040101R (2007).
[CrossRef]

2006 (1)

W. Jiang, C. Han, P. Xue, L. M. Duan, and G. C. Guo, Phys. Rev. A 73, 069907(E) (2006).
[CrossRef]

2005 (1)

M. D. Eisaman, A. André, F. Massou, M. Fleischhauer, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Nature 438, 837 (2005).
[CrossRef]

2004 (2)

W. Jiang, C. Han, P. Xue, L. M. Duan, and G. C. Guo, Phys. Rev. A 69, 043819 (2004).
[CrossRef]

M. D. Eisaman, L. Childress, A. André, F. Massou, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Phys. Rev. Lett. 93, 233602 (2004).
[CrossRef]

2001 (1)

L. M. Duan, M. D. Lukin, J. I. Cirac, and P. Zoller, Nature 414, 413 (2001).
[CrossRef]

André, A.

P. Walther, M. D. Eisaman, A. André, F. Massou, M. Fleischhauer, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Int. J. Quantum. Inform. 5, 51 (2007).
[CrossRef]

M. D. Eisaman, A. André, F. Massou, M. Fleischhauer, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Nature 438, 837 (2005).
[CrossRef]

M. D. Eisaman, L. Childress, A. André, F. Massou, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Phys. Rev. Lett. 93, 233602 (2004).
[CrossRef]

A. André, “Nonclassical states of light and atomic ensembles: generation and new applications,” Ph.D thesis (Harvard University, 2005).

Buchler, B. C.

M. Hosseini, G. Campbell, B. M. Sparkes, P. K. Lam, and B. C. Buchler, Nature Phys. 7, 794 (2011).
[CrossRef]

Campbell, G.

M. Hosseini, G. Campbell, B. M. Sparkes, P. K. Lam, and B. C. Buchler, Nature Phys. 7, 794 (2011).
[CrossRef]

Childress, L.

M. D. Eisaman, L. Childress, A. André, F. Massou, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Phys. Rev. Lett. 93, 233602 (2004).
[CrossRef]

Cirac, J. I.

L. M. Duan, M. D. Lukin, J. I. Cirac, and P. Zoller, Nature 414, 413 (2001).
[CrossRef]

de Riedmatten, H.

N. Sangouard, C. Simon, H. de Riedmatten, and N. Gisin, Rev. Mod. Phys. 83, 33 (2011).
[CrossRef]

Duan, L. M.

W. Jiang, C. Han, P. Xue, L. M. Duan, and G. C. Guo, Phys. Rev. A 73, 069907(E) (2006).
[CrossRef]

W. Jiang, C. Han, P. Xue, L. M. Duan, and G. C. Guo, Phys. Rev. A 69, 043819 (2004).
[CrossRef]

L. M. Duan, M. D. Lukin, J. I. Cirac, and P. Zoller, Nature 414, 413 (2001).
[CrossRef]

Eisaman, M. D.

P. Walther, M. D. Eisaman, A. André, F. Massou, M. Fleischhauer, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Int. J. Quantum. Inform. 5, 51 (2007).
[CrossRef]

M. D. Eisaman, A. André, F. Massou, M. Fleischhauer, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Nature 438, 837 (2005).
[CrossRef]

M. D. Eisaman, L. Childress, A. André, F. Massou, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Phys. Rev. Lett. 93, 233602 (2004).
[CrossRef]

Fernholz, T.

S. Manz, T. Fernholz, J. Schmiedmayer, and J. W. Pan, Phys. Rev. A 75, 040101R (2007).
[CrossRef]

Fleischhauer, M.

P. Walther, M. D. Eisaman, A. André, F. Massou, M. Fleischhauer, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Int. J. Quantum. Inform. 5, 51 (2007).
[CrossRef]

M. D. Eisaman, A. André, F. Massou, M. Fleischhauer, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Nature 438, 837 (2005).
[CrossRef]

Gisin, N.

N. Sangouard, C. Simon, H. de Riedmatten, and N. Gisin, Rev. Mod. Phys. 83, 33 (2011).
[CrossRef]

Guo, G. C.

W. Jiang, C. Han, P. Xue, L. M. Duan, and G. C. Guo, Phys. Rev. A 73, 069907(E) (2006).
[CrossRef]

W. Jiang, C. Han, P. Xue, L. M. Duan, and G. C. Guo, Phys. Rev. A 69, 043819 (2004).
[CrossRef]

Hammerer, K.

K. Hammerer, A. S. Sorensen, and E. S. Polzik, Rev. Mod. Phys. 82, 1041 (2010).
[CrossRef]

Han, C.

W. Jiang, C. Han, P. Xue, L. M. Duan, and G. C. Guo, Phys. Rev. A 73, 069907(E) (2006).
[CrossRef]

W. Jiang, C. Han, P. Xue, L. M. Duan, and G. C. Guo, Phys. Rev. A 69, 043819 (2004).
[CrossRef]

Hosseini, M.

M. Hosseini, G. Campbell, B. M. Sparkes, P. K. Lam, and B. C. Buchler, Nature Phys. 7, 794 (2011).
[CrossRef]

Jaksch, D.

K. F. Reim, J. Nunn, V. O. Lorenz, B. J. Sussman, K. C. Lee, N. K. Langford, D. Jaksch, and I. A. Walmsley, Nat. Photonics 4, 218 (2010).
[CrossRef]

Jiang, W.

W. Jiang, C. Han, P. Xue, L. M. Duan, and G. C. Guo, Phys. Rev. A 73, 069907(E) (2006).
[CrossRef]

W. Jiang, C. Han, P. Xue, L. M. Duan, and G. C. Guo, Phys. Rev. A 69, 043819 (2004).
[CrossRef]

Lam, P. K.

M. Hosseini, G. Campbell, B. M. Sparkes, P. K. Lam, and B. C. Buchler, Nature Phys. 7, 794 (2011).
[CrossRef]

Langford, N. K.

K. F. Reim, P. Michelberger, K. C. Lee, J. Nunn, N. K. Langford, and I. A. Walmsley, Phys. Rev. Lett. 107, 053603 (2011).
[CrossRef]

K. F. Reim, J. Nunn, V. O. Lorenz, B. J. Sussman, K. C. Lee, N. K. Langford, D. Jaksch, and I. A. Walmsley, Nat. Photonics 4, 218 (2010).
[CrossRef]

Lee, K. C.

K. F. Reim, P. Michelberger, K. C. Lee, J. Nunn, N. K. Langford, and I. A. Walmsley, Phys. Rev. Lett. 107, 053603 (2011).
[CrossRef]

K. F. Reim, J. Nunn, V. O. Lorenz, B. J. Sussman, K. C. Lee, N. K. Langford, D. Jaksch, and I. A. Walmsley, Nat. Photonics 4, 218 (2010).
[CrossRef]

Lorenz, V. O.

K. F. Reim, J. Nunn, V. O. Lorenz, B. J. Sussman, K. C. Lee, N. K. Langford, D. Jaksch, and I. A. Walmsley, Nat. Photonics 4, 218 (2010).
[CrossRef]

Lukin, M. D.

P. Walther, M. D. Eisaman, A. André, F. Massou, M. Fleischhauer, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Int. J. Quantum. Inform. 5, 51 (2007).
[CrossRef]

M. D. Eisaman, A. André, F. Massou, M. Fleischhauer, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Nature 438, 837 (2005).
[CrossRef]

M. D. Eisaman, L. Childress, A. André, F. Massou, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Phys. Rev. Lett. 93, 233602 (2004).
[CrossRef]

L. M. Duan, M. D. Lukin, J. I. Cirac, and P. Zoller, Nature 414, 413 (2001).
[CrossRef]

Manz, S.

S. Manz, T. Fernholz, J. Schmiedmayer, and J. W. Pan, Phys. Rev. A 75, 040101R (2007).
[CrossRef]

Massou, F.

P. Walther, M. D. Eisaman, A. André, F. Massou, M. Fleischhauer, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Int. J. Quantum. Inform. 5, 51 (2007).
[CrossRef]

M. D. Eisaman, A. André, F. Massou, M. Fleischhauer, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Nature 438, 837 (2005).
[CrossRef]

M. D. Eisaman, L. Childress, A. André, F. Massou, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Phys. Rev. Lett. 93, 233602 (2004).
[CrossRef]

Michelberger, P.

K. F. Reim, P. Michelberger, K. C. Lee, J. Nunn, N. K. Langford, and I. A. Walmsley, Phys. Rev. Lett. 107, 053603 (2011).
[CrossRef]

Nunn, J.

K. F. Reim, P. Michelberger, K. C. Lee, J. Nunn, N. K. Langford, and I. A. Walmsley, Phys. Rev. Lett. 107, 053603 (2011).
[CrossRef]

K. F. Reim, J. Nunn, V. O. Lorenz, B. J. Sussman, K. C. Lee, N. K. Langford, D. Jaksch, and I. A. Walmsley, Nat. Photonics 4, 218 (2010).
[CrossRef]

Pan, J. W.

S. Manz, T. Fernholz, J. Schmiedmayer, and J. W. Pan, Phys. Rev. A 75, 040101R (2007).
[CrossRef]

Polzik, E. S.

K. Hammerer, A. S. Sorensen, and E. S. Polzik, Rev. Mod. Phys. 82, 1041 (2010).
[CrossRef]

Reim, K. F.

K. F. Reim, P. Michelberger, K. C. Lee, J. Nunn, N. K. Langford, and I. A. Walmsley, Phys. Rev. Lett. 107, 053603 (2011).
[CrossRef]

K. F. Reim, J. Nunn, V. O. Lorenz, B. J. Sussman, K. C. Lee, N. K. Langford, D. Jaksch, and I. A. Walmsley, Nat. Photonics 4, 218 (2010).
[CrossRef]

Sangouard, N.

N. Sangouard, C. Simon, H. de Riedmatten, and N. Gisin, Rev. Mod. Phys. 83, 33 (2011).
[CrossRef]

Schmiedmayer, J.

S. Manz, T. Fernholz, J. Schmiedmayer, and J. W. Pan, Phys. Rev. A 75, 040101R (2007).
[CrossRef]

Simon, C.

N. Sangouard, C. Simon, H. de Riedmatten, and N. Gisin, Rev. Mod. Phys. 83, 33 (2011).
[CrossRef]

Sorensen, A. S.

K. Hammerer, A. S. Sorensen, and E. S. Polzik, Rev. Mod. Phys. 82, 1041 (2010).
[CrossRef]

Sparkes, B. M.

M. Hosseini, G. Campbell, B. M. Sparkes, P. K. Lam, and B. C. Buchler, Nature Phys. 7, 794 (2011).
[CrossRef]

Sussman, B. J.

K. F. Reim, J. Nunn, V. O. Lorenz, B. J. Sussman, K. C. Lee, N. K. Langford, D. Jaksch, and I. A. Walmsley, Nat. Photonics 4, 218 (2010).
[CrossRef]

Walmsley, I. A.

K. F. Reim, P. Michelberger, K. C. Lee, J. Nunn, N. K. Langford, and I. A. Walmsley, Phys. Rev. Lett. 107, 053603 (2011).
[CrossRef]

K. F. Reim, J. Nunn, V. O. Lorenz, B. J. Sussman, K. C. Lee, N. K. Langford, D. Jaksch, and I. A. Walmsley, Nat. Photonics 4, 218 (2010).
[CrossRef]

Walther, P.

P. Walther, M. D. Eisaman, A. André, F. Massou, M. Fleischhauer, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Int. J. Quantum. Inform. 5, 51 (2007).
[CrossRef]

Xue, P.

W. Jiang, C. Han, P. Xue, L. M. Duan, and G. C. Guo, Phys. Rev. A 73, 069907(E) (2006).
[CrossRef]

W. Jiang, C. Han, P. Xue, L. M. Duan, and G. C. Guo, Phys. Rev. A 69, 043819 (2004).
[CrossRef]

Zibrov, A. S.

P. Walther, M. D. Eisaman, A. André, F. Massou, M. Fleischhauer, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Int. J. Quantum. Inform. 5, 51 (2007).
[CrossRef]

M. D. Eisaman, A. André, F. Massou, M. Fleischhauer, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Nature 438, 837 (2005).
[CrossRef]

M. D. Eisaman, L. Childress, A. André, F. Massou, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Phys. Rev. Lett. 93, 233602 (2004).
[CrossRef]

Zoller, P.

L. M. Duan, M. D. Lukin, J. I. Cirac, and P. Zoller, Nature 414, 413 (2001).
[CrossRef]

Int. J. Quantum. Inform. (1)

P. Walther, M. D. Eisaman, A. André, F. Massou, M. Fleischhauer, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Int. J. Quantum. Inform. 5, 51 (2007).
[CrossRef]

Nat. Photonics (1)

K. F. Reim, J. Nunn, V. O. Lorenz, B. J. Sussman, K. C. Lee, N. K. Langford, D. Jaksch, and I. A. Walmsley, Nat. Photonics 4, 218 (2010).
[CrossRef]

Nature (2)

L. M. Duan, M. D. Lukin, J. I. Cirac, and P. Zoller, Nature 414, 413 (2001).
[CrossRef]

M. D. Eisaman, A. André, F. Massou, M. Fleischhauer, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Nature 438, 837 (2005).
[CrossRef]

Nature Phys. (1)

M. Hosseini, G. Campbell, B. M. Sparkes, P. K. Lam, and B. C. Buchler, Nature Phys. 7, 794 (2011).
[CrossRef]

Phys. Rev. A (3)

W. Jiang, C. Han, P. Xue, L. M. Duan, and G. C. Guo, Phys. Rev. A 69, 043819 (2004).
[CrossRef]

W. Jiang, C. Han, P. Xue, L. M. Duan, and G. C. Guo, Phys. Rev. A 73, 069907(E) (2006).
[CrossRef]

S. Manz, T. Fernholz, J. Schmiedmayer, and J. W. Pan, Phys. Rev. A 75, 040101R (2007).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (2)

M. D. Eisaman, L. Childress, A. André, F. Massou, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Phys. Rev. Lett. 93, 233602 (2004).
[CrossRef]

K. F. Reim, P. Michelberger, K. C. Lee, J. Nunn, N. K. Langford, and I. A. Walmsley, Phys. Rev. Lett. 107, 053603 (2011).
[CrossRef]

Rev. Mod. Phys. (2)

K. Hammerer, A. S. Sorensen, and E. S. Polzik, Rev. Mod. Phys. 82, 1041 (2010).
[CrossRef]

N. Sangouard, C. Simon, H. de Riedmatten, and N. Gisin, Rev. Mod. Phys. 83, 33 (2011).
[CrossRef]

Other (1)

A. André, “Nonclassical states of light and atomic ensembles: generation and new applications,” Ph.D thesis (Harvard University, 2005).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (4)

Fig. 1.
Fig. 1.

(a) Simplified experimental setup showing magnetically shielded Rb87 vapor cell, held at 37 °C and containing Ne buffer gas either at 1 Torr or 10 Torr. Pol, Glan–Thompson polarizer; WP, Wollaston prism; FP, Fabry–Perot filters; APD, avalanche photodiode; SM, single-mode fiber. (b) Simplified 87 Rubidium D1 level diagram.

Fig. 2.
Fig. 2.

Spectral scans using tunable etalons of the Stokes (top) and anti-Stokes (bottom) channels. The cell temperature was 37 °C, the write and read pulse durations were 2 μs, and the detunings 1.2 and 1.085 GHz, respectively.

Fig. 3.
Fig. 3.

Spectral scan of the Stokes signal for 10 Torr (solid, red) and 1 Torr (dashed, blue) Ne cells. The scans take 1 s per point, the cell temperature is 37 °C, the write pulse duration is 1 μs, and the detuning is 1.3 GHz.

Fig. 4.
Fig. 4.

Measured intensity correlation between Stokes and anti-Stokes photons as a function of the delay between the write and read 1 μs long pulses for the 10 Torr Ne cell. The upper curve is for the etalon set to transmit anti-Stokes photons, while the lower curve is for the etalon tuned to transmit the collisional anti-Stokes fluorescence. The error bars denote the calculated 1σ deviation values.

Metrics