我们研究了高温气体中原子的相干光激发。我们开发了量子存储器的新技术，优化带宽、存储时间和保真度。
未来的光子量子网络和计算机将需要单光子的相干光存储器，即量子存储器。量子存储器是同步光子源和光子门以及长距离量子通信所必需的。在我们的研究中，我们开发了相干存储器，以可控和可逆的方式将光场映射到气态原子上。
热原子气体是最简单的量子系统之一，在可部署的毫米级设备中提供了现实应用。它们与光学场强烈耦合，在室温或高于室温时表现出优异的相干性。在量子记忆的背景下，我们探索了碱蒸汽和稀有气体，其中光学场映射到电子轨道之间的叠加，电子自旋之间，或核自旋之间。这些不同的自由度对光和环境具有不同的耦合机制，这决定了带宽、效率、噪声和存储器的寿命。
在一个极端，我们研究纳秒长的单光子的快速记忆。我们将光子储存在电子轨道上铷蒸气通过受激双光子吸收。采用纯轨道跃迁可以实现高带宽和低噪声。这种存储器可以实现概率单光子源和双光子逻辑门的高效同步。我们开发工具来延长记忆寿命通过抵消运动扩展，通过恢复线宽而且吸收截面静止原子的。我们进一步考虑了通过锥形光纤实现这些存储器，并将其与量子非线性光学的rydberg级激发集成。
在另一个极端，我们研究的记忆系统基于原子自旋，具有极长的寿命。大多数热蒸汽存储器使用稠密气体，其中原子之间的随机碰撞主导了电子自旋的相干时间。因此，在大多数实验中，存储器的寿命只有几毫秒。我们开发的存储方案对自旋交换碰撞不敏感，可以达到存储生命周期大于100毫秒．
具有非零核自旋(和零电子自旋)的稀有气体在室温下表现出长达一小时的相干时间。我们依靠碱自旋的自旋交换碰撞来形成a强大的，连贯的，外部可控的接口利用这些光学上无法达到的稀有气体自旋。此接口可以达到强耦合状态并被用来实现寿命长达一小时的量子记忆。
要了解空间扩散对原子蒸汽中存储光的影响，请参阅我们的页面极化激元的相干扩散．
(左)光子极化到(右)铯原子电子自旋的映射