Экспериментальное исследование спектральных свойств кристаллов, активированных редкоземельными элементами, и возможности реализации на их основе элементов устройств для квантовых вычислений и коммуникаций тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.21, кандидат физико-математических наук Бондарцев, Александр Анатольевич

• Бондарцев, Александр Анатольевич
• кандидат физико-математических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Бондарцев, Александр Анатольевич

Содержание

Введение

Глава 1. Экспериментальное и теоретическое исследование взаимодействий в ионных комплексах Nd3+-Nd3+ в кристалле ЬаЕз

1.1 Межионные взаимодействия и особенности энергетической структуры комплексов редкоземельных ионов в кристаллах

1.2 Сателлитные линии в кристалле Ш3+:ЬаГз

1.2.1 Измерение спектров поглощения и флуоресценции кристаллов

1.2.2 Теоретический анализ. Природа возникновения сателлит-ных линий

1.3 Внутренняя структура сателлитных линий, скрытая неоднородным уширением

1.3.1 Экспериментальные результаты двойного оптического резонанса сателлитных линий

1.3.2 Магнитное диполь-дипольное взаимодействие

1.3.3 Электрическое мультипольное взаимодействие

1.3.4 Обменное/суперобменное взаимодействие между ионами в разных состояниях

1.3.5 Обмен виртуальными фононами

1.3.6 Общая модель возникновения сателлитных линий и их внутренней структуры

1.4 Эффекты ап-конверсии и электромагнитно индуцированной прозрачности в ионных комплексах

1.4.1 Механизмы ап-конверсии в парных комплексах

1.4.2 Двойной оптический резонанс в магнитном поле. Переходы между возбужденными состояниями пары ионов. Электромагнитно индуцированная прозрачность

1.5 Заключение к Главе 1

Глава 2. Спектрально выделенные ансамбли ионов Рг3+ в кристал-

ле ЬаГз и элементы устройств для квантовых вычислений на их основе

2.1 Применение кристаллов, активированных редкоземельными ионами, в области квантовых вычислений

2.2 Измерение параметров оптических и сверхтонких переходов ионов Ргз+

в кристалле ЬаРз

2.2.1 Измерение коэффициентов поглощения и неоднородной ширины оптических переходов

2.2.2 Измерение неоднородной ширины сверхтонких переходов

2.3 Спектральная селекция ансамблей ионов Рг3+ в кристалле ЬаЕз.

Ансамблевые кубиты

2.3.1 Экспериментальная реализация спектральной селекции ионов

Рг3+ в кристалле ЬаРз

2.4 Релаксация населенности кубита

2.5 Манипуляция населенностью состояний кубита. Однокубитовые операции

2.5.1 Некогерентный перенос населенности кубита

2.5.2 Когерентный перенос населенности кубита

2.6 Взаимодействие спектрально выделенных групп частиц. Двухку-

битовые операции

2.6.1 Экспериментальная демонстрация

2.7 Заключение к Главе 2

Глава 3. Элементы устройств оптической памяти на основе спектрально выделенных ансамблей ионов Рг3+ в кристалле ЬаГз

3.1 Применение кристаллов, активированных редкоземельными элементами, в области квантовых коммуникаций

3.2 Эффективный режим электромагнитно индуцированной прозрачности

3.2.1 Описание протокола хранения оптической информации на

основе электромагнитно индуцированной прозрачности

3.2.2 Экспериментальная реализация эффективного режима элек-

тромагнитной прозрачности в среде из спектрально выделенных ансамблей ионов Рг3+ в кристалле LaF3

3.3 Фотонное эхо на атомной частотной гребенке

3.3.1 Описание протокола хранения оптической информации на основе атомной частотной гребенки

3.3.2 Экспериментальная реализация оптической памяти на основе атомной частотной гребенки в кристалле Pr3f:LaF3 . ИЗ

3.4 Управление временем хранения с помощью внешнего электрического поля

3.4.1 Штарковская спектроскопия спектрально выделенных ансамблей ионов Рг3+ в кристалле LaF3

3.4.2 Управление периодом атомной частотной гребенки при помощи внешнего электрического поля

3.5 Заключение к Главе 3

Заключение

Список работ, опубликованных автором по теме диссертации 122 Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальное исследование спектральных свойств кристаллов, активированных редкоземельными элементами, и возможности реализации на их основе элементов устройств для квантовых вычислений и коммуникаций»

Введение

Спектроскопические исследования диэлектрических кристаллов, активированных редкоземельными элементами, представляют большой интерес уже на протяжении более 60 лет. Это прежде всего связано с тем, что такие кристаллы являются превосходными люминофорами, которые находят многочисленные применения [1], и активными средами для множества используемых твердотельных лазеров [2]. Среди них можно отметить ставшие уже классическими лазеры на кристаллах Ш3+:УАС, а также лазеры на кристаллах Ш3+:УУС>4, излучающие на длине волны 1064 им и используемые в мощных и компактных лазерных системах. Кристаллы, активированные эрбием (Ег), нашли широчайшее применение в волоконных усилителях и микролазерах, используемых в телеметрии и телекоммуникации. Кристаллы, активированные церием (Се), являются превосходными сцинтилляционными детекторами рентгеновского и гамма-излучения [3,4].

Указанные применения используют люминесцентные свойства отдельных, изолированных друг от друга, редкоземельных ионов. Однако даже при концентрациях порядка 1 % относительно замещаемого элемента, эти ионы не являются строго изолированными и взаимодействуют друг с другом за счет различных типов взаимодействий как напрямую, так и через ионы кристаллической решетки, что было обнаружено уже в самых ранних работах по оптической спектроскопии [5] и электронному парамагнитному резонансу (ЭПР) [6]. Наличие этих взаимодействий открывает множество фундаментально новых и практически важных эффектов и проявляется в тепловых, магнитных и оптических свойствах этих кристаллов. На макроскопическом масштабе они приводят к аномалиям в удельной теплоемкости при низких температурах (аномалия Шоттки), модификации магнитной восприимчивости при высоких температурах и возникновению магнитного порядка при температурах ниже определенной критической для данного кристалла [7,8]. На микроскопическом масштабе они ответственны за уширение и расщепление энергетических уровней ионов [9,10] и обмен энергией между ионами (процессы спин-спиновой и кросс-релаксации, спектральной диффузии, эффекты ап-конверсии) [11-13].

Для классических лазеров, например, наличие взаимодействий между ак-

\

тивными ионами приводит к такому неприятному эффекту как концентрационное тушение люминесценции [14]. С другой стороны, процесс кросс-релаксации делает возможным создание эффективных лазеров с длиной волны генерации 2 мкм и накачкой на длине волны 790 им на кристаллах, активированных ионами тулия [2]. Благодаря существованию процессов ап-конверсии за счет переноса энергии между активными ионами, были созданы новые лазеры, позволяющие получать генерацию в высокочастотной области при использовании существенно более низкочастотной накачки [15], а также детекторы и преобразователи инфракрасного излучения в излучение видимого диапазона длин волн [16]. Ведутся активные исследования по редкоземельным люминофорам, проявляющим эффект квантового расщепления (quantum cutting), который обусловлен взаимодействием между ионами и позволяет получить из одного высокочастотного фотона накачки несколько низкочастотных фотонов, т.е. квантовый выход такого люминофора больше 1 [17]. Исследования таких люминофоров связаны с большими надеждами на улучшение эффективности солнечных батарей, за счет расщепления высокочастотных солнечных фотонов на низкочастотные [18]. Эффект оптической бистабильиости в кристаллах, активированных редкоземельными элементами [19], который также обусловлен существованием взаимодействия между ионами, является очень перспективным с точки зрения создания оптических цифровых компьютеров и устройств цифровой оптической памяти [20].

Несмотря на столь долгую историю исследования свойств кристаллов, активированных редкоземельными элементами, они остаются актуальными до сих пор, что связано с постоянным открытием новых применений.

Так, данные кристаллы рассматриваются как очень перспективные кандидаты для реализации на их основе устройств для квантовых вычислений и коммуникаций. Квантовая теория информации - новая, бурно развивающаяся область науки, в которой обработка, хранение и передача информации осуществляется квантовыми системами [21]. Посылки для ее возникновения и развития связаны с существующими принципиальными физическими ограничениями в технологиях классических вычислительных (ограничение физических размеров элементов электронных микросхем атомарной структурой вещества, принцип Ландауэра) и коммуникационных систем (возможность прослушивания клас-

сических секретных каналов связи, взлом схем шифрования). Помимо преодоления этих ограничений, обработка информации с помощью квантовых систем может приводить к существенному ускорению вычислений за счет чисто квантовых эффектов и позволяет осуществить вычисления, невозможные ни на каких классических компьютерах за разумное время и при разумных ресурсах, а передача информации с помощью квантовых криптосистем делает прослушивание совершенно невозможным. Пример задачи, которая может быть эффективно решена на квантовом компьютере, и которая обеспечила наибольшую мотивацию для его разработки это квантовый алгоритм Шора для разложения больших чисел на простые сомножители [22]. Это один из нескольких квантовых алгоритмов, которые позволяют сравнительно небольшим квантовым компьютерам превзойти самые мощные классические суперкомпьютеры в решении некоторых специфических проблем, важных для шифрования информации. Другое приложение квантовых компьютеров может иметь даже еще большее технологическое значение: в 1980-х годах Ричард Фейнман предложил использовать квантовые компьютеры для моделирования квантовых систем [23]. Оценки показывают, что квантовый компьютер, превосходящий современные классические компьютеры, должен состоять как минимум из 102-103 кубитов. В настоящее время ведутся активные поиски квантовых систем, которые могут выполнять роль кубитов [24,25]. В качестве таких систем рассматриваются: фотоны, ядра атомов в молекулярных системах, атомы и ионы в оптических ловушках или кристаллах, квантовые точки в полупроводниках, сверхпроводящие цепи, анионы в топологических изоляторах и пр. Все эти системы обладают определенными преимуществами и недостатками.

Использование ансамблей редкоземельных ионов в кристаллах в качестве кубитов было предложено в работах [26,27] и продолжает активно исследоваться [28,29]. Данные системы показывают превосходные когерентные свойства и в принципе удовлетворяют всем критериям необходимым для реализации на их основе устройств квантовых вычислений. Помимо этого, на основе таких кристаллов разрабатываются наиболее перспективные устройства хранения оптической квантовой информации [30-33]. Это является очень важным, т.к. именно фотоны являются переносчиками квантовой информации на больших расстояниях [34].

Целью диссертационной работы являлось

Экспериментальное исследование спектральных свойств кристаллов, активированных редкоземельными элементами, и возможности реализации на их основе элементов устройств для квантовых вычислений и коммуникаций.

В частности:

1. Экспериментальное и теоретическое исследование природы возникновения сателлитных линий, соответствующих оптическим переходам в комплексах ионов Ш3+ в кристалле ЬаРз и их внутренней структуры, скрытой неоднородным уширением, а также эффекта электромагнитно индуцированной прозрачности и механизмов ап-конверсии в данных комплексах.

2. Исследование спектроскопических характеристик оптических и сверхтонких переходов ионов Рг3+ в кристалле ЬаЕз. Экспериментальная демонстрация возможности создания кубитов на основе спектрально выделенных ансамблей ионов Рг3+ в кристалле ЬаРз, а также проведения основных одно- и двухкуби-товых операций.

3. Демонстрация эффективного режима электромагнитно индуцированной прозрачности в ансамбле спектрально выделенных ионов Рг3+ в кристалле ЬаР3.

4. Экспериментальная реализация оптической памяти на основе атомной частотной гребенки в кристалле Рг3+:ЬаРз. Исследование возможности контролируемого управления периодом атомной частотной гребенки (временем хранения) с помощью внешнего электрического поля.

Таким образом, диссертационная работа посвящена наиболее актуальным вопросам как экспериментального и теоретического исследования комплексов и ансамблей ионов редкоземельных элементов в кристаллах, так и применения данных кристаллов для квантовых вычислений и коммуникаций.

В связи с этим решались следующие задачи:

1. Провести измерение спектров поглощения и флуоресценции кристаллов Щ3-|":ЬаРз методами традиционной оптической спектроскопии и методом двойного оптического резонанса. На основе полученных экспериментальных результатов осуществить анализ возможных типов взаимодействий между ионами неодима, образующими комплекс, которые могут приводить к возникновению сателлитпых линий и их внутренней структуры. Исследовать эффект ап-конверсии в комплексах ионов Осуществить экспериментальное наблюдение эффекта электромагнитно индуцированной прозрачности в комплексах ионов Ш3+ в кристалле ЬаРз.

2. Экспериментально реализовать спектральную селекцию ансамблей ионов Рг3+ в кристалле ЬаЕз и продемонстрировать возможность создания кубитов на основе таких ансамблей, а также проведения основных однокубитовых (манипуляция населенностью сверхтонких подуровней) и двухкубитовых (контролируемый сдвиг/уширение линий поглощения спектрально выделенного ансамбля ионов при возбуждении других ионов) операций над ними.

3. Показать возможность реализации эффективного режима электромагнитно индуцированной прозрачности в ансамбле спектрально выделенных ионов Рг3+ в кристалле ЬаРз. Осуществить экспериментальную реализацию оптической памяти на основе атомной частотной гребенки в кристалле Рг3+:ЬаЕз и экспериментально продемонстрировать новый метод контролируемого управления периодом атомной частотной гребенки (временем хранения) с помощью внешнего электрического поля.

Научная новизна диссертационной работы:

1. Впервые методом двойного оптического резонанса исследована внутренняя структура оптических переходов (сателлитных линий) комплексов ионов Ш31" в кристалле ЬаРз, скрытая неоднородным уширением. На основе анализа этих данных, а также данных, полученных методами традиционной оптической спектроскопии, проанализированы механизмы, объясняющие природу возникновения сателлитных линий и их внутренней структуры. Проведено экспериментальное исследование механизмов ап-конверсии в комплексах Ш3' в кристалле ЬаРз в режиме непрерывной накачки лазерным излучением и при гелиевых температурах. Впервые экспериментально реализован эффект электромагнитно индуцированной прозрачности в комплексах ионов Ш3+ в кристалле ЬаРз.

2. Впервые экспериментально осуществлена спектральная селекция ансамблей ионов Рг3+ в кристалле ЬаРз и продемонстрирована возможность реализации кубитов на основе таких ансамблей, а также проведения основных од-нокубитовых (манипуляция населенностью сверхтонких подуровней) и двух-кубитовых (контролируемый сдвиг/уширение линий поглощения спектрально выделенного ансамбля ионов при возбуждении других ионов) операций над ними. Экспериментально реализована прецизионная штарковская спектроскопии спектрально выделенных ансамблей ионов Рг3+ в кристалле ЬаРз.

3. Впервые экспериментально получен эффективный режим электро-магнитпо индуцированной прозрачности (просветление до 50%) в ансамбле спектрально выделенных ионов Рг3+ в кристалле ЬаРз. Впервые экспериментально реализована оптическая память на основе атомной частотной гребенки в кристалле Рг3(~:ЬаРз. Предложен и экспериментально продемонстрирован новый метод контролируемого управления периодом атомной частотной гребенки, и, следовательно, временем хранения с помощью внешнего электрического поля.

Научная и практическая значимость работы

Экспериментальные и теоретические исследования оптических переходов комплексов ионов Ш3+ в кристалле ЬаРз, проведенные в диссертационной работе как методами традиционной оптической спектроскопии, так и методами лазерной спектроскопии сверхвысокого разрешения показывают исключительно важную роль именно систематического изучения таких комплексов различными спектроскопическими методами для более глубоко понимания взаимодействий между редкоземельными ионами в кристаллах. Экспериментальное наблюдение эффекта электромагнитно индуцированной прозрачности и ап-конверсии позволяет говорить о принципиальной возможности наблюдения эффекта подавления поглощения из возбужденных состояний за счет когерентного пленения населенностей. С данным явлением связывают большие надежды в области создания перестраиваемых лазеров в ультрафиолетовом диапазоне спектра [35].

Экспериментальное осуществление спектральной селекции ансамблей ионов Рг3"1" в кристалле ЬаРз, а также демонстрация возможности реализации кубитов на основе таких ансамблей, и проведения одно- и двухкубитовых операций над ними представленные в диссертационной работе, являются важным шагом на пути к созданию элементов устройств для квантовых вычислений на основе кристаллов, активированных редкоземельными элементами.

Экспериментальная реализация эффективного режима электромагнитно индуцированной прозрачности в ансамбле спектрально выделенных ионов с величинами просветления вплоть до 50%, которые в эксперименте ограничены лишь спектральной мощностью используемого излучения, а также экспериментальная реализация оптической памяти на основе атомной частотной гребенки позволяют говорить о возможности практической реализации различных протоколов квантовой памяти в кристалле Рг3ь:ЬаРз.

Предложенный и экспериментально продемонстрированный па примере кристалла Рг3+:ЬаРз оригинальный метод контролируемого управления периодом атомной частотной гребенки, может быть применен в кристаллах активированных Ег для реализации широкополосной многомодовой квантовой оптической памяти на телекоммуникационной длине волны на основе АЧГ с контролируемым временем хранения.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. При концентрациях ионов Ш3"1" порядка 0.1 ат.% в кристалле ЬаРз са-теллитные линии, проявляющиеся в оптических спектрах поглощения и возбуждения флуоресценции вблизи (на масштабах порядка нескольких см-1) линий изолированного иона принадлежат парным комплексам ионов Ш3+-Ш3+ с различными межионными расстояниями и соответствуют переходам из расщепленного, за счет обменного/суперобменпого взаимодействия между ионами, основного состояния в возбужденное. Внутренняя структура сателлитных линий, скрытая неоднородным уширением, обусловлена дальнейшим снятием вырождения уровней пары ионов за счет различных типов взаимодействий между ними, в основном динамического электрического мультиполь-мультипольного, обменного/суперобменного и магнитного диполь-диполыюго. Основным механизмом ап-конверсии в парных комплексах ионов Ш3+-Ш3+ в кристалле ЬаРз при непрерывной накачке лазерным излучением на переходе [41д/2, 4Ь)/2] —>[(405/2, 41д/2),(419/2) 4^5/2)] и гелиевых температурах является процесс ступенчатого возбуждения пар по схеме [419/2, 41д/2Н[(4С5/2, 419/2),(41о/2, 4С5/2)] —► [(4Е3/2, 419/2), (41-9/2) ^з/г)] —> [(4В1/2, 41д/2))(419/2) - При иитенсивностях управляющего поля порядка нескольких кВт/см2 в парных комплексах Мс13+-Мс13+ на переходе [41у/254/2]—^[(''^15/2; 41о/2),(41о/2, '^/о)] экспериментально наблюдается эффект электромагнитно индуцированной прозрачности.

2. При помощи методики выжигания долгоживущих спектральных провалов в кристалле Рг3,":ЬаРз может быть осуществлена спектральная селекция ансамблей ионов Рг3+ с неоднородными ширинами оптических переходов существенно меньшими сверхтонкого расщепления основного и возбужденного состояний. Проведенные эксперименты по управлению населенностями сверхтонких подуровней таких ансамблей, а также по контролируемому сдвигу их линий поглощения при возбуждении ионов в других спектральных диапазонах позволяют говорить о возможности реализации кубитов на их основе.

3. При использовании ансамблей спектрально выделенных ионов Рг3+ в кристалле ЬаРз эффект электромагнитно индуцированной прозрачности позволяет получить просветление среды вплоть до 50%. Дальнейший рост величины просветления ограничивается лишь спектральной мощностью имеющегося лазерного излучения.

4. В кристалле Pr3+:LaF3 на переходе 3H4(1)-^1D2(1) возможна реализация оптической памяти па основе атомной частотной гребенки с временами хранения порядка 1 мкс. Возможно контролируемое управление периодом атомной частотной гребенки, и, следовательно, временем храпения при помощью внешнего электрического поля.

Степень достоверности и апробация работы

Обоснованность и достоверность полученных результатов определяется использованием проверенных и широко известных экспериментальных методик. Полученные экспериментальные данные подтверждены теоретическими расчетами и оценками и согласуются с результатами аналогичных работ других авторов.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в ведущих отечественных и зарубежных реферируемых научных журналах: «Письма в ЖЭТФ», «Оптический журнал», «Оптика и спектроскопия», «Journal of luminescence». Также результаты неоднократно докладывались на всероссийских и международных научных конференциях таких как: X Международные «Чтения по квантовой оптике» (2007 год), International conference «Frontiers of Nonlinear Physics 2007», International Symposium «Topical problems of nonlinear wave physics 2008», V Международная конференция «Фундаментальные проблемы оптики — 2008», VI Международная конференция молодых ученых и специалистов «Оптика — 2009», International conference «Laser physics 2009», International conference «Frontiers of Nonlinear Physics 2010», «20th International Laser Physics Workshop (LPHYS'll)», «21th International Laser Physics Workshop (LPHYS'12)», International conference «Laser physics 2012», VII Международная конференция «Фундаментальные проблемы оптики» «ФПО-2012» и другие. За результаты полученные в диссертации автор дважды становился лауреатом Диплома 1-ой степени на конкурсе работ молодых ученых ИПФ РАН (2010 и 2012 год).

Публикации

По материалам диссертации было опубликовано 19 работ, из которых 6 — статьи в реферируемых журналах [А1, А2,АЗ, А4, А5, А6], 6 — труды [А7, А8,А9, А10, All, А12] и 7-тезисы [А13, А14, А15, А16, А17, А18, А19] международных

и всероссийских научных конференций.

Личный вклад автора

Все результаты, представленные в диссертационной работе, получены автором лично либо при его непосредственном участии. Постановка задач, интерпретация полученных результатов и формулировка выводов исследования осуществлялись совместно с научным руководителем и другими соавторами публикаций.

Структура диссертационной работы

Диссертационная работа содержится на 142 листах и состоит из введения, трёх глав, заключения, списка работ автора по теме диссертации и списка цитируемой литературы. Содержит 41 рисунок и 14 таблиц. Список лшературы из 159 наименований.

Во введении дан краткий общий обзор текущего состояния по тематике исследований, представленных в диссертации и аргументируется ее актуальность. Более подробные обзоры приводятся в начале каждой главы.

В первой главе представлены результаты экспериментальных исследований парных комплексов ионов Nd3+-Nd3+ в кристалле LaF3 как с помощью методов традиционной оптической спектроскопии, так и метода двойного оптического резонанса. Впервые экспериментально измерена сложная внутренняя структура оптических переходов этих парных комплексов, скрытая неоднородным уши-рением. Проведен теоретический анализ полученных экспериментальных данных и возможных типов взаимодействий между ионами на основе чего проанализированы механизмы, объясняющие природу возникновения, как сателлит-ных линий, так и их внутренней структуры. Экспериментально и теоретически исследованы эффекты ап-конверсии и электромагнитно индуцированной прозрачности в данных системах.

Во второй главе представлены экспериментальные результаты спектральной селекции ансамблей ионов Рг3+ в кристалле LaF3. Экспериментально продемонстрирована возможность реализации кубитов на основе спектрально выделенных ансамблей ионов, а также осуществления основных операций над ними: манипуляция населенностью сверхтонких (кубитовых) подуровней (однокуби-товые операции) и сдвиг линий поглощения кубита при возбуждении ионов в другой спектральной области (двухкубитовые операции). Измерены спектро-

скопические характеристики оптических и сверхтонких переходов ионов.

В третьей главе представлены экспериментальные результаты по реализации эффективного режима электромагнитно индуцированной прозрачности вплоть до 50% в ансамблях спектрально выделенных ионов Рг3+ в кристалле ЬаРз. Экспериментальной реализации оптической памяти на основе атомной частотной гребенки в кристалле Рг3+:ЬаРз. Прецизионной штарковской спектроскопии спектрально выделенных ансамблей ионов Рг3+ в кристалле ЬаРз. А также экспериментальной реализация оригинального метода контролируемого изменения периода атомной частотной гребенки, и, как следствие, времени хранения оптического импульса в данном кристалле, с помощью внешнего электрического поля.

В заключении представлены основные результаты полученные в диссертационной работе.

Заключение диссертации по теме «Лазерная физика», Бондарцев, Александр Анатольевич

Заключение

В заключение кратко сформулируем основные результаты диссертационной работы:

1. Экспериментально и теоретически показано, что сателлитпые линии, проявляющиеся в оптических спектрах поглощения и возбуждения флуоресценции вблизи (на масштабах порядка нескольких см"1) линий изолированного иона Щ3+ в кристалле ЬаРз при концентрации неодима порядка 0.1 ат.%, принадлежат парным комплексам ионов Ыс13+^с13+ с различными межионными расстояниями и соответствуют переходам из расщепленного, за счет обменного/суперобменного взаимодействия между ионами, основного состояния в возбужденное. Внутренняя структура сателлитных линий, скрытая неоднородным уширением, обусловлена дальнейшим снятием вырождения уровней пары ионов за счет различных типов взаимодействий между ними, в основном динамического электрического мультиполь-мультипольного, обменного/суперобменного и магнитного диполь-диполыюго. Основным механизмом ап-конверсии в парных комплексах ионов Ш3+-Ш3+ в кристалле ЬаР3 при непрерывной накачке лазерным излучением на переходе [419/2, 419/2Ц(4С5/2, 41э/2),(419/2, 4С5/2)] и гелиевых температурах является процесс ступенчатого возбуждения пар по схеме [419/2, 419/2М(4С5/2, 419/2),(419/2, 4С5/2)] -■> [№3/2, (419/2, ^з/г)] —» [(4И>1/2з 41о/2),(41э/2> 4-^1/2)]• При интенсивностях управляющего поля порядка нескольких кВт/см2 в парных комплексах Кс13+-Кс13"ь на переходе [419/2, 419/2]—^[(4С5/2, 41д/2),(41д/25 4^5/г)] экспериментально наблюдается эффект электромагнитно индуцированной прозрачности.

2. При помощи методики выжигания долгоживущих спектральных провалов в кристалле Рг3+:ЬаРз осуществлена спектральная селекция ансамблей ионов Рг3+ с неоднородными ширинами оптических переходов, существенно меньшими сверхтонкого расщепления основного и возбужденного состояний. Проведенные эксперименты по управлению населенностью сверхтонких подуровней таких ансамблей, а также по контролируемому сдвигу их линий поглощения при возбуждении ионов в других спектральных диапазонах позволяют говорить о возможности реализации кубитов на их основе. Исследованы спектроскопические характеристики оптических и сверхтонких переходов между подуровнями 3Н4(1) и ^1)2(1) ионов Рг3+ в кристалле ЬаР3.

3. Продемонстрировано, что при использовании ансамблей спектрально выделенных ионов Рг3+ в кристалле ЬаРз эффект электромагнитно индуцированной прозрачности позволяет получить просветление среды вплоть до 50%. Дальнейший рост величины просветления ограничивается лишь спектральной мощностью имеющегося лазерного излучения.

4. В кристалле Рг3+:ЪаРз на переходе 3Н4(1)—>1Б2(1) экспериментально реализована оптическая память на основе атомной частотной гребенки с временами хранения порядка 1 мкс. Показана возможность контролируемого управления периодом атомной частотной гребенки, и, следовательно, временем хранения при помощи внешнего электрического поля.

Список работ, опубликованных автором по теме диссертации

Al] Ахмеджанов Р. А., Бондарцев А. А., Гущин JI. А., Жарова Н. А. Использование эффекта электромагнитно индуцированной прозрачности для измерения суперсверхтонкого расщепления уровней ионов редкоземельных металлов, допированных в оптические кристаллы // Письма в ЖЭТФ. — 2007. - Т. 86, № 9. - С. 646-650.

А2] Akhmedzhanov R. A., Bondartsev A. A., Gushchin L. A. et al. Double optical resonance spectroscopy of the Nd3+ ion pairs in LaFs crystal // Journal of Luminescence. - 2010. - Vol. 130, no. 9. - P. 1610-1613.

A3] Ахмеджанов P. А., Бондарцев А. А., Гущин JI. А., Чернов В. В. Резонансная лазерная спектроскопия ионных пар в кристалле Nd3+:LaF3 // Оптический журнал. - 2011. - Т. 78, № 5. - С. 84-87.

А4] Ахмеджанов Р. А., Бондарцев А. А., Гущин J1. А. и др. Кубиты на основе спектрально выделенных групп ионов Рг3+ в кристалле LaF3 // Письма в ЖЭТФ. - 2011. - Т. 94, № 12. - С. 945-950.

А5] Ахмеджанов Р. А., Бондарцев А. А., Гущин Л. А., Зеленский И. В. Эффективный режим электромагнитно индуцированной прозрачности в кристалле Pr3+:LaF3 // Письма в ЖЭТФ. - 2011. - Т. 94, № 7. - С. 585-589.

А6] Ахмеджанов Р. А., Бондарцев А. А., Гущин Л. А. и др. Фотонное эхо на атомной частотной гребенке в кристалле LaF3, активированном Рг // Оптика и спектроскопия. - 2013. - Т. 115, № 3. - С. 367-371.

А7] Akhmedzhanov R. A., Bondartsev A. A., Gushchin L. A. et al. Investigation of interference quantum effects on Zeeman transitions in Nd3+:LaF3 crystal // Proceedings of III International Conference "Frontiers of Nonlinear Physics 2007".- Nizhny Novgorod : IAP RAS, 2007. — P. 201-202.

A8] Akhmedzhanov R. A., Bondartsev A. A., Gushchin L. A. Electromagnet-ically induced transparency based spectroscopy of ion-ion interaction in solids // Proceedings of International Symposium "Topical problems of nonlinear wave physics 2008". — Nizhny Novgorod : IAP RAS, 2008. — P. 108109.

A9] Ахмеджанов P. А., Бондарцев А. А., Гущин JI. А. Использование электромагнитно индуцированной прозрачности для спектроскопии ионных пар Nd3+-Nd3+ в кристалле LaF3 // Сборник трудов международного оптического конгресса «Оптика - XXI век». — Т. 1 «Фундаментальные проблемы оптики - 2008». - Санкт-Петербург : СПбГУ ИТМО, 2008. - С. 26-29.

А10] Ахмеджанов Р. А., Бондарцев А. А., Гущин JI. А., Чернов В. В. Лазерная спектроскопия ионов Nd3+ в кристалле LaF3 // Труды шестой международной конференции молодых ученых и специалистов «0птика-2009». — Санкт-Петербург : СПбГУ ИТМО, 2009. - С. 48-49.

All] Akhmedzhanov R. A., Bondartsev A. A., Gushchin L. A. et al. Resonant laser spectroscopy of Nd3+ ion doped into LaF3 // Proceedings of IV International Conference "Frontiers of Nonlinear Physics 2010".— Nizhny Novgorod : IAP RAS, 2010.- P. 280-281.

A12] Ахмеджанов P. А., Бондарцев А. А., Гущин Л. А. и др. Экспериментальная демонстрация кубит-кубитового взаимодействия и эффективного режима электромагнитно индуцированной прозрачности в кристалле Pr3+:LaF3 // Сборник трудов VII международной конференции «Фундаментальные проблемы оптики - 2012». — Санкт-Петербург : СПбГУ ИТ-МО, 2012. - С. 351-354.

А13] Akhmedzhanov R. A., Anisimov P. М., Bondartsev A. A. et al. EIT and coherent suppression of ESA in Nd:LaF3 // Book of abstracts of the Workshop on the Storage and Manipulation of Quantum Information in Optically

Addressed Solids. — Bozeman, Montana, USA : Montana State University, 2008. - P. 42.

A14] Akhmedzhanov R. A., Anisimov P. M., Bondartsev A. A. et al. Measurement of the ion pair interaction in Nd3+:LaF3 using electromagnetically induced transparency // Book of abstracts 17th International "Laser Physics Workshop LPHYS 2008". — Trondheim, Norway : Norwegian University of Science and Technology, 2008. — P. 92.

A15] Anisimov P., O'Brien C., Gao S.-Y. et al. New regimes and applications of quantum coherence effects in solids // Book of abstracts 18th International "Laser Physics Workshop LPHYS 2009". — Barselona, Spain : The Institute of Photonic Sciences, 2009. - P. 38.

A16] Akhmedzhanov R. A., Bondartsev A. A., Chernov V. V. et al. Coherent suppression of excited state absorption and EIT at the ion pairs transitions in Nd3+:LaF3 crystal // Book of abstracts 18i/l International "Laser Physics Workshop LPHYS 2009".— Barselona, Spain : The Institute of Photonic Sciences, 2009. — P. 42.

A17] Akhmedzhanov R. A., Bondartsev A. A., Gushchin L. A., Kocharovskaya O. A. Electromagnetically Induced Transparency on Isolated and Pair Ion Lines of Nd3+ Doped into LaF3 // Book of abstracts 20th International "Laser Physics Workshop LPHYS 2011".- Sarajevo, Bosnia and Herzegovina : The University of Sarajevo, 2011. — P. 22.

A18] Akhmedzhanov R. A., Bondartsev A. A., Gushchin L. A. et al. Efficient Regime of Electromagnetically Induced Transparency in Pr3+:LaF3 Crystal // Book of abstracts 2,0th International "Laser Physics Workshop LPHYS 2011".— Sarajevo, Bosnia and Herzegovina : The University of Sarajevo, 2011.-P. 65.

A19] Akhmedzhanov R. A., Bondartsev A. A., Gushchin L. A. et al. Experimental demonstration of effective regime of EIT and qubit-qubit interaction in Pr3+:LaF3 crystal // Book of abstracts 21th International "Laser

Physics Workshop LPHYS 2012". — Calgary, Canada : University of Calgary, 2012. - P. 85.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Бондарцев, Александр Анатольевич, 2013 год

Литература

1. Ronda С. R., Justel Т., Nikol H. Rare earth phosphors: fundamentals and applications // Journal of Alloys and Compounds. — 1998. — Vol. 275-277. — R 669 - 676.

2. Moncorge R. Current Topics in Rare-earth Lasers // Spectroscopic Properties of Rare Earths in Optical Materials / Ed. by Robert Hull, Jurgen Parisi, Jr. Osgood, R.M. et al.— Springer Berlin Heidelberg, 2005,— Vol. 83 of Springer Series in Materials Science. — P. 320-378.

3. Nikl M. Scintillation detectors for x-rays // Measurement Science and Technology. - 2006. — Vol. 17, no. 4. - P. R37-R54.

4. Kramer K. W., Dorenbos P., Gudel H. U., van Eijk C. W. E. Development and characterization of highly efficient new cerium doped rare earth halide scintillator materials // J. Mater. Chem. — 2006. — Vol. 16. — P. 2773-2780.

5. Dieke G. H., Heroux L. Absorption Spectra, Zeeman Effects, and Magnetic Properties of Neodymium Salts // Phys. Rev. — 1956, —Sep. — Vol. 103.— P. 1227-1239.

6. Bleaney В., Elliott R. J., Scovil H. E. D. Dipole-Dipole Interaction in the Rare-Earth Ethylsulphates // Proceedings of the Physical Society. Section A. - 1951. - Vol. 64, no. 10. - P. 933.

7. Du Y., Cheng Z. X., Wang X.-L., Dou S. X. Structure, magnetic, and thermal properties of Ndx^La^CrOa (0 < x < 1.0) // Journal of Applied Physics.— 2010. - Vol. 108, no. 9. - P. 093914.

8. Obradors X., Visani P., de la Torre M. et al. Rare-earth magnetic ordering in the R2CUO4 cuprates (R=Tb, Dy, Ho, Er and Tm) // Physica C: Superconductivity. — 1993. - Vol. 213, no. 1-2. — P. 81 - 87.

9. Baker J. M. Interactions between ions with orbital angular momentum in insulators // Reports on Progress in Physics.— 1971,— Vol. 34, no. 1.— P. 109-173.

10. Meltzer R. Line Broadening Mechanisms and Their Measurement // Spectroscopic Properties of Rare Earths in Optical Materials / Ed. by Robert Hull, Jiirgen Parisi, Jr. Osgood, R.M. et al. — Springer Berlin Heidelberg, 2005,— Vol. 83 of Springer Series in Materials Science. — P. 191-265.

11. Jloy В. Парамагнитный резонанс в твердых телах: Пер. с англ. — М. : Издательство иностранной литературы, 1962. — 242 с.

12. Morgan G., Yen W. Optical energy transfer in insulators // Laser Spectroscopy of Solids II. — Springer Berlin Heidelberg, 1989. — Vol. 65 of Topics in Applied Physics. — P. 77-122.

13. Auzel F. Up-conversions in RE-doped Solids // Spectroscopic Properties of Rare Earths in Optical Materials / Ed. by Robert Hull, Jiirgen Parisi, Jr. Osgood, R.M. et al. — Springer Berlin Heidelberg, 2005. — Vol. 83 of Springer Series in Materials Science. — P. 266-319.

14. Зверев Г. M., Голяев Ю. Д. Лазеры на кристаллах и их применение. — М. : Рикел, Радио и связь, 1994. — 312 с.

15. Scheps R. Upconversion laser processes // Progress in Quantum Electronics. — 1996. - Vol. 20, no. 4. - P. 271 - 358.

16. Mita Y. Infrared up-conversion phosphors // Phosphor Handbook / Ed. by William M. Yen, Shigeo Shionoya, Hajime Yamamoto. — CRC Press, 2006. — P. 775-783.

17. Zhang Q., Huang X. Recent progress in quantum cutting phosphors // Progress in Materials Science. — 2010. — Vol. 55, no. 5. — P. 353 - 427.

18. Teng Y., Zhou J., Liu X. et al. Efficient broadband near-infrared quantum cutting for solar cells // Opt. Express. — 2010. —Apr.— Vol. 18, no. 9.— P. 9671-9676.

19. Guillot-Noel O., Binet L., Gourier D. Towards intrinsic optical bistability of rare earth ion pairs in solids // Chemical Physics Letters. — 2001. — Vol. 344, no. 5-6. - P. 612 - 618.

20. From optical bistability towards optical computing: The EJOB Project / Ed. by P. Mandel, S. D. Smith, B. S. Wherrett. - North-Holland, 1987. - 414 p.

21. Нильсен M., Чанг И. Квантовые вычисления и квантовая информация: Пер. с англ. - М. : Мир, 2006. - 842 с.

22. Shor P. W. Polynomial-Time Algorithms for Prime Factorization and Discrete Logarithms on a Quantum Computer // SIAM J. Comput. — 1997. — Vol. 26, no. 5.-P. 1484-1509.

23. Feynman R. Simulating physics with computers // International Journal of Theoretical Physics. — 1982. — Vol. 21, no. 6-7. — P. 467-488.

24. Ladd T. D., Jelczko F., Laflamme R. et al. Quantum computers // Nature. — 2010.-Vol. 464.-P. 45-53.

25. Валиев К. А. Квантовые компьютеры и квантовые вычисления // Успехи физических наук. - 2005. - Т. 175, № 1. - С. 3-39.

26. Ichimura К. A simple frequency-domain quantum computer with ions in a crystal coupled to a cavity mode // Optics Communications. — 2001. — Vol. 196, no. 1-6.-P. 119 - 125.

27. Ohlsson N., Mohan R. K., Kroll S. Quantum computer hardware based on rare-earth-ion-doped inorganic crystals // Optics Communications. — 2002. — Vol. 201, no. 1-3.-P. 71 - 77.

28. Beavan S. E., Fraval E., Sellars M. J., Longdell J. J. Demonstration of the reduction of decoherent errors in a solid-state qubit using dynamic decoupling techniques // Phys. Rev. A. - 2009. - Sep. - Vol. 80. - P. 032308.

29. Walther A., Julsgaard В., Rippe L. et al. Extracting high fidelity quantum computer hardware from random systems // Physica Scripta. — 2009. — Vol. 2009, no. T137. - P. 014009.

30. Simon C., Afzelius M., Appel J. et al. Quantum memories. A review based on the European integrated project "Qubit Applications (QAP)" // European Physical Journal D. - 2010. - Vol. 58. - P. 1-22.

31. Clausen C., Bussieres F., Afzelius M., Gisin N. Quantum Storage of Heralded Polarization Qubits in Birefringent and Anisotropically Absorbing Materials // Phys. Rev. Lett. — 2012.- Vol. 108.—P. 190503.

32. Gundogan M., Ledingham P. M., Almasi A. et al. Quantum Storage of a Photonic Polarization Qubit in a Solid // Phys. Rev. Lett. — 2012.— Vol. 108. - P. 190504.

33. Zhou Z.-Q., Lin W.-B., Yang M. et al. Realization of Reliable Solid-State Quantum Memory for Photonic Polarization Qubit // Phys. Rev. Lett. — 2012.-Vol. 108. —P. 190505.

34. Sangouard N., Simon C., de Riedmatten H., Gisin N. Quantum repeaters based on atomic ensembles and linear optics // Rev. Mod. Phys.— 2011. — Mar. - Vol. 83. - P. 33-80.

35. Kuznetsova E., Kolesov R., Kocharovskaya O. Suppression of excited-state absorption: A path to ultraviolet tunable solid-state lasers // Phys. Rev. A. - 2004. - Vol. 70. - P. 043801.

36. Meggers W. F. Atomic Spectra of Rare Earth Elements // Rev. Mod. Phys. — 1942. - Vol. 14. — P. 96-103.

37. Зеликман A. H., Коршунов Б. Г. Металлургия редких металлов. — 2-е издание, пепераб. и доп. изд. — М. : Металлургия, 1991.— 432 с.

38. Racah G. Theory of Complex Spectra. I // Phys. Rev. - 1942. — Vol. 61.— P. 186-197.

39. Racah G. Theory of Complex Spectra. II // Phys. Rev. - 1942. - Vol. 62. -P. 438-462.

40. Racah G. Theory of Complex Spectra. Ill // Phys. Rev. — 1943. — Vol. 63. -P. 367-382.

41. Racah G. Theory of Complex Spectra. IV // Phys. Rev. — 1949. - Vol. 76. — P. 1352-1365.

42. Bethe H. A. Splitting of Terms in Crystals // Selected Works of Hans A. Bethe. - World Scientific Publishing Co., 1997.- P. 1-72.

43. Macfarlane R. M., Cassanho A., Meltzer R. S. Inhomogeneous broadening by nuclear spin fields: A new limit for optical transitions in solids // Phys. Rev. Lett. - 1992. - Vol. 69. - P. 542-545.

44. Macfarlane R. M., Meltzer R. S., Malkin B. Z. Optical measurement of the isotope shifts and hyperfinc and superhyperfine interactions of Nd in the solid state // Phys. Rev. B. - 1998. - Vol. 58. - P. 5692-5700.

45. Lupei V., Lupei A., Tiseanu C. et al. High-resolution optical spectroscopy of YAG:Nd: A test for structural and distribution models // Phys. Rev. B.— 1995. — Vol. 51.-P. 8-17.

46. Basiev T., Fedorov V., Karasik A., Pukhov K. Strong coherent interaction of Nd3+-Nd3+ pair ions in CaF2 crystal // Journal of Luminescence. — 1999. — Vol. 81, no. 3.-P. 189 - 197.

47. Dieke G. H. Spectra and energy levels of rare earth ions in crystals / Ed. by H.M. Crosswhite, Hannah Crosswhite. — New York: Interscience Publishers, 1968.-401 p.

48. Holsa J., Antic-Fidancev E., Lastusaari M., Lupei A. Local perturbations due to rare-earth (R3+) doping // Journal of Solid State Chemistry. — 2003. — Vol. 171, no. 1-2.-P. 282 - 286.

49. Prinz G. A., Cohen E. New Satellite Structure of Nd3+ Ions in Rare-Earth Trichlorides // Phys. Rev. - 1968. - Vol. 165.- P. 335-344.

50. Prinz G. A. Optical Absorption Spectra of Coupled Nd3+ Ions in NdC^ and NdBr3 // Phys. Rev. - 1966. - Vol. 152. - P. 474-481.

51. Buisson, R., Liu, J.Q., Vial, J.C. Double excitation of Nd3+ pairs in LaF3 by two step and double quantum processes //J. Phys. France. — 1984. — Vol. 45, no. 9. - P. 1533-1541.

52. Guillot-Noel O., Mehta V., Viana B. et al. Evidence of ferromagnetically coupled Nd3+ ion pairs in weakly doped Nd : LiYF^i and Nd : YVO4 crystals as revealed by high-resolution optical and EPR spectroscopies // Phys. Rev. B. - 2000. - Vol. 61. - P. 15338-15346.

53. Varsanyi F., Dieke G. H. Ion-Pair Resonance Mechanism of Energy Transfer in Rare Earth Crystal Fluorescence // Phys. Rev. Lett. — 1961.— Vol. 7.— P. 442-443.

54. Elliott R. J., Stevens K. W. H. The Magnetic Properties of Certain Rare-Earth Ethyl Sulphates // Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences.— 1953.— Vol. 219, no. 1138.— P. 387-404.

55. Abragam A., Pryce M. H. L. Theory of the Nuclear Hyperfine Structure of Paramagnetic Resonance Spectra in Crystals // Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences. — 1951. — Vol. 205, no. 1080. — P. 135-153.

56. Абрагам А., Блини Б. Электронный парамагнитный резонанс переходных ионов: Пер. с англ., в 2 т. — М. : Мир, 1972. — Т. 1. — 652 с.

57. Абрагам А., Блини Б. Электронный парамагнитный резонанс переходных ионов: Пер. с англ., в 2 т. — М. : Мир, 1973. — Т. 2. — 351 с.

58. Dye Lasers / Ed. by Fritz P. Schafer. — Springer Berlin Heidelberg, 1973. — 244 p.

59. Laser Spectroscopy of Solids / Ed. by William M. Yen, PeterM. Selzer.— 2nd ed. edition. — Springer Berlin Heidelberg, 1986. — Vol. 49 of Topics in Applied Physics. — 320 p.

60. Spectroscopy of solids containing rare earth ions / Ed. by A. A. Kaplyanskii, R. M. Macfarlane. — North-Holland Physics Publishing, 1987. — 711 p.

61. Laser Spectroscopy of Solids II / Ed. by William M. Yen. — Springer Berlin Heidelberg, 1989. — Vol. 65 of Topics in Applied Physics. — 307 p.

62. Buisson, R., Liu, J.Q. Fluorescence quenching of Nd3+ in LaF3 studied by direct measurements on pairs //J. Phys. Prance. — 1984. — Vol. 45, no. 9.— P. 1523-1531.

63. Pelletier-Allard, N., Pelletier, R. Laser induced fluorescence in Nd3+:LaCl3. I. - Ilyperfine structures //J. Phys. France.— 1980.— Vol. 41, no. 8.— P. 855 859.

64. Pelletier-Allard, N., Pelletier, R. Laser induced fluorescence in Nd3+:LaCl3. II. - Energy transfer phenomena //J. Phys. France.— 1980. — Vol. 41, no. 8.— P. 861-867.

65. Pelletier-Allard, N., Pelletier, R. Inhomogeneous profiles in RE doped LaC^: satellites lines, energy transfer and up-conversion processes // J. Phys. France. - 1982. - Vol. 43, no. 2. - P. 403-410.

66. de Barros C. L. M., Barthem R. B., Khaidukov N. Optical excitation of Nd3+ pairs in CsGd2F7 crystals // Journal of Luminescence. — 1999. — Vol. 82, no. 4.-P. 307 - 314.

67. Ramaz F., Vial J., Macfarlane R. Measurement of the Nd3+ ion pair interaction and Zeeman effect in CsCdBr3:Nd3+ using spectral holeburning // Journal of Luminescence. — 1992. — Vol. 53, no. 1-6. — P. 244 - 246.

68. Clemens J. M., Hutchison C. A. Electron paramagnetic resonance of photoex-cited 144Nd3+ ion pairs in LaCl3 single crystals // Phys. Rev. B.— 1983.— Jul. - Vol. 28. - P. 50-66.

69. Carnall W. T., Goodman G. L., Rajnak K., Rana R. S. A systematic analysis of the spectra of the lanthanides doped into single crystal LaF3 // The Journal of Chemical Physics. - 1989. - Vol. 90, no. 7. - P. 3443-3457.

70. Zalkin A., Templeton D. H., Hopkins T. E. The Atomic Parameters in the Lanthanum Trifluoride Structure // Inorganic Chemistry.— 1966.— Vol. 5, no. 8. - P. 1466-1468.

71. Caspers H. H., Rast H. E., Buchanan R. A. Intermediate Coupling Energy Levels for Nd3+ (4f3) in LaF3 // The Journal of Chemical Physics. - 1965. -Vol. 42, no. 9. - P. 3214-3217.

72. Shannon R. D. Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides // Acta Crystallographica Section A. - 1976. - Vol. 32, no. 5. - P. 751-767.

73. Newman D. J., Ng B. Superposition model // Crystal Field Handbook / D. J. Newman, Betty Ng. — Cambridge University Press, 2000. — P. 83-119.

74. Hess D. W., Rowan L. G. Spin-echo envelope modulation study of LaF3: Nd3+ // Phys. Rev. B. - 1979. - Vol. 19.- P. 1-8.

75. Губанов В. А., Лихтенштейн А. И., Постников А. В. Магнетизм и химическая связь в кристаллах. — М. : Наука, 1985. — 247 с.

76. Bleaney В., Scovil H. E. D. Nuclear Spins of Neodymium 143 and 145 // Proceedings of the Physical Society. Section A. — 1950.— Vol. 63, no. 12.— P. 1369-1369.

77. Baker J. M., Rubins R. S. Electron Spin Resonance in Two Groups of Lan-thanon Salts // Proceedings of the Physical Society.— 1961.— Vol. 78, no. 6.-P. 1353-1360.

78. Coulon C., Pelletier-Allard N. Spectroscopic study of Nd3+ ions in paramagnetic and antiferromagnetic GdAlÛ3 // Journal of Physics C: Solid State Physics. - 1974. - Vol. 7, no. 2. - P. 454-462.

79. Ахмеджанов P. А., Бондарцев А. А. Гущин Л. А., Жарова H. А., Петро-сян А. Г. Электромагнитно индуцированная прозрачность па зеемановских подуровнях в кристалле Nd3+:LaF3 // Письма в ЖЭТФ. — 2007.— Т. 85, № 8. - С. 474-478.

80. Kushida T. Energy Transfer and Cooperative Optical Transitions in Rare-Earth Doped Inorganic Materials. I. Transition Probability Calculation // Journal of the Physical Society of Japan. — 1973. — Vol. 34, no. 5. — P. 13181326.

81. Mulak J., Gajek Z. Chapter 9 - Schielding and antishielding effect: Contributions from closed electron shells // The Effective Crystal Field Potential. — Oxford : Elsevier Science Ltd, 2000.- P. 105 - 117.

82. Judd B. R. Ionic transitions hypersensitive to environment // The Journal of Chemical Physics. - 1979. - Vol. 70, no. 11. - P. 4830-4833.

83. Pouradier J. F., Auzel F. Calcul des probabilités des transferts d'énergie entre ions de terres rares. II. Transferts ' Ho3+ Ho3+ dans le fluorure mixte Ho^Yi^Fs // J. Phys. France. - 1978. - Vol. 39, no. 8.- P. 833-837.

84. Reid M. F., Newman D. J. Effects of electron correlation on crystal field splittings // Crystal Field Handbook /D.J. Newman, Betty Ng. — Cambridge University Press, 2000. —P. 120-139.

85. Macfarlane R. M. Optical Stark spectroscopy of solids // Journal of Luminescence. - 2007. - Vol. 125, no. 1-2. - P. 156 - 174.

86. Baker J. M. Nondipolar Interaction Between Nearest-Neighbor Neodymium Ions in the Ethyl Sulfate // Phys. Rev.- 1964,— Vol. 136,- P. A1341-A1347.

87. Niclson C. W., Koster G. F. Spectroscopic Coefficeints for the pn, dn, and fl Configurations. — The MIT Press, Cambridge, 1963. — 275 p.

88. Riley J. D., Baker J. M., Birgeneau R. J. Interactions between Ce3+ Pairs and Nd3+ Pairs in LaCl3 and LaBr3 // Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences. — 1970.— Vol. 320, no. 1542. - P. 369-395.

89. Lupei V., Lupei A., Georgescu S., Yen W. M. Effects of energy transfer on quantum efficiency of YAG:Nd // Journal of Applied Physics. — 1989. — Vol. 66, no. 8. - P. 3792-3797.

90. Давыдов А. С. Кватнтовая механика. — М. : Физматгиз, 1963. — 748 с.

91. Krupke W. F. Optical Absorption and Fluorescence Intensities in Several Rare-Earth-Doped Y203 and LaF3 Single Crystals // Phys. Rev. — 1966.— Vol. 145. - P. 325-337.

92. Собельман И. И. Введение в теорию атомных спектров. — М. : Физматгиз, 1963. - 640 с.

93. Cianchi L., Mancini М. Ion-phonon interactions in paramagnetic crystals // La Rivista Del Nuovo Cimento Series 2. — 1972. — Vol. 2, no. 1.— P. 25-87.

94. Birgeneau R. J., Hutchings M. Т., Rogers R. N. Magnetic Interactions between Rare-Earth Ions in Insulators. III. EPR Measurements of Ce3+ Pair-Interaction Constants in LaCl3 // Phys. Rev. — 1968. — Vol. 175. — P. 11161133.

95. Baker J. M. Electric Quadrupole-Quadrupole Interaction in Cerium Ethyl Sulfate // Phys. Rev. - 1964. - Vol. 136.-P. A1633-A1635.

96. Culvahouse J. W., Schinke D. P., Pfortmiller L. G. Spin-Spin Interaction Constants from the Hyperfinc Structure of Pairs of Coupled Ions // Phys. Rev. — 1969. - Vol. 177. - P. 454-464.

97. Macfarlane R. M., Tong F., Silversmith A. J., Lenth W. Violet cw neodymium upconversion laser // Applied Physics Letters. — 1988.— Vol. 52, no. 16.— P. 1300-1302.

98. Reddy B. R., Venkateswarlu P. Energy up-conversion in LaF3:Nd3+ // The Journal of Chemical Physics. - 1983. - Vol. 79, no. 12. - P. 5845-5850.

99. Lowther J. E. Mechanisms of energy transfer between rare earth ions // Phys-ica Status Solidi (b). - 1976. - Vol. 77, no. 1.- P. 359-366.

100. Jackson R. A., Valerio M. E. G., Amaral J. B. et al. Computer modelling of the optical properties of rare-earth doped metal fluorides // Physica Status Solidi (c). - 2007. - Vol. 4, no. 3. - P. 1185-1188.

101. Liu G. Electronic Energy Level Structure // Spectroscopic Properties of Rare Earths in Optical Materials / Ed. by Robert Hull, Jurgen Parisi, Jr. Osgood, R.M. et al. — Springer Berlin Heidelberg, 2005. — Vol. 83 of Springer Series in Materials Science. — P. 1-94.

102. Lvovsky A. I., Sanders B. C., Tittel W. Optical quantum memory // Nature Photonics. — 2009. - Vol. 3, no. 12. - P. 706-714.

103. Walmsley I., Knight P. Quantum Information Science // Opt. Photon. News. - 2002. - Nov. - Vol. 13, no. 11. - P. 42-49.

104. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: Пер. с англ., в 2 т. — М. : Мир, 1986.-Т. 1.- 600 с.

105. Килин С. Я. Квантовая информация // Успехи физических наук. — 1999. — Т. 169, № 5.- С. 507-527.

106. Баргатин И. В., Гришанин Б. А., Задков В. Н. Запутанные квантовые состояния атомных систем // Успехи физических иа,ук.— 2001.— Т. 171, № 6. - С. 625-647.

107. Steane A., Rieffel Е. Beyond bits: the future of quantum information processing // Computer. — 2000. — Vol. 33, no. 1, —P. 38-45.

108. Ekert A., Jozsa R. Quantum algorithms: entanglement-enhanced information processing // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. — 1998. — Vol. 356, no. 1743. - P. 1769-1782.

109. Experimental Aspects of Quantum Computing / Ed. by H. O. Everitt. — Springer Science and Bussines Media, 2005. — 308 p.

110. Divincenzo D. P. The physical implementation of quantum computation // Fortschr. Phys. — 2000. - Vol. 48. - P. 771-783.

111. Wesenberg J., Molmer K. Robust quantum gates and a bus architecture for quantum computing with rare-earth-ion-doped crystals // Phys. Rev. A. — 2003. - Jul. — Vol. 68. — P. 012320.

112. Wesenberg J. H., Molmer K., Rippe L., Kroll S. Scalable designs for quantum computing with rare-earth-ion-doped crystals // Phys. Rev. A. — 2007. — Jan.-Vol. 75.- P. 012304.

113. Stolze J., Suter D. Quantum Computing: A Short Course from Theory to Experiment. - Wiley-VCH Verlag GmbH, 2007. - 244 p.

114. Ahlefeldt R., Hutchison W., Sellars M. Eu3+ superhyperfine structure due to magnetic dipole-dipole interactions with Nd3+ in Nd3+:EuCl3-6H20 // Journal of Luminescence. - 2010. - Vol. 130, no. 9. — P. 1594 - 1597.

115. Usmani I., Clausen C., Bussieres F. et al. Heralded quantum entanglement between two crystals // Nature Photonics. — 2012,— Vol. 6, no. 4,— P. 234 - 237.

116. Chirolli L., Burkard G. Decoherence in solid-state qubits // Advances in Physics. - 2008. - Vol. 57, no. 3. - P. 225-285.

117. Bertaina S., Gambarelli S., Tkachuk A. et al. Rare-earth solid-state qubits // Nature Nanotechnology. — 2007. — Vol. 2, no. 1. — P. 39 - 42.

118. McAuslan D. L., Bartholomew J. G., Sellars M. J., Longdell J. J. Reducing decoherence in optical and spin transitions in rare-earth-metal-ion-doped materials // Phys. Rev. A. — 2012. - Mar. — Vol. 85.- P. 032339.

119. Praval E., Sellars M. J., Longdell J. J. Dynamic Decoherence Control of a Solid-State Nuclear-Quadrupole Qubit // Phys. Rev. Lett. — 2005. —Jul. — Vol. 95. - P. 030506.

120. Macfarlane R., Yannoni C., Shelby R. Optical line narrowing by nuclear spin decoupling in Pr3+:LaF3 // Optics Communications. — 1980,- Vol. 32, no. l.-P. 101 - 104.

121. Roos I., Molmer K. Quantum computing with an inhomogeneously broadened ensemble of ions: Suppression of errors from detuning variations by specially adapted pulses and coherent population trapping // Phys. Rev. A. — 2004. - Feb. - Vol. 69. - P. 022321.

122. Rippe L., Julsgaard В., Walther A. et al. Experimental quantum-state tomography of a solid-state qubit // Phys. Rev. A. — 2008. — Feb. — Vol. 77. — P. 022307.

123. Longdell J. J., Sellars M. J., Manson N. B. Demonstration of Conditional Quantum Phase Shift Between Ions in a Solid // Phys. Rev. Lett. — 2004. — Sep.-Vol. 93.-P. 130503.

124. Rippe L., Nilsson M., Kroll S. et al. Experimental demonstration of efficient and selective population transfer and qubit distillation in a rare-earth-metal-ion-doped crystal // Phys. Rev. A. - 2005. - Jun. — Vol. 71.-P. 062328.

125. Cory D. G., Fahmy A. F., Havel T. F. Ensemble quantum computing by NMR spectroscopy // Proceedings of the National Academy of Sciences. — 1997. - Vol. 94, no. 5. - P. 1634-1639.

126. Afzelius M., Usmani I., Amari A. et al. Demonstration of Atomic Frequency Comb Memory for Light with Spin-Wave Storage // Phys. Rev. Lett.— 2010. - Vol. 104. - P. 040503.

127. Demtroder W. Laser spectroscopy: basic concepts and instrumentation. — 3rd ed. edition. — Springer, 2003. — 987 p.

128. Guillot-Noel O., Goldner P., Beaudoux F. et al. Hyperfme structure and hy-perfine coherent properties of praseodymium in single-crystalline La2(W04)3 by hole-burning and photon-echo techniques // Phys. Rev. В.— 2009.— Vol. 79. - P. 155119.

129. Kushida Т., Silver A. Nuclear spin lattice relaxation in multi-level system // Journal of Physics and Chemistry of Solids. — 1965. — Vol. 26, no. 6. — P. 1045 - 1052.

130. Shelby R. M., Macfarlane R. M., Yannoni C. S. Optical measurement of spin-lattice relaxation of dilute nuclei: LaF3 :Pr3+ // Phys. Rev. B. - 1980. — Vol. 21,- P. 5004-5011.

131. Аллен JI., Эберли Д. Оптический резонанс и двухуровневые атомы: Пер. с англ. - М. : Мир, 1978. - 224 с.

132. Thiel C., Bottger T., Cone R. Rare-earth-doped materials for applications in quantum information storage and signal processing // Journal of Luminescence. - 2011. - Vol. 131, no. 3. - R 353 - 361.

133. Ding S., Jin Z. Review on the study of entanglement in quantum computation speedup // Chinese Science Bulletin. — 2007. - Vol. 52, no. 16. — R 21612166.

134. Sellars M., Fraval E., Longdell J. Investigation of static electric dipole-dipole coupling induced optical inhomogeneous broadening in Eu3+:Y2Si05 // Journal of Luminescence. — 2004. — Vol. 107, no. 1-4. — R 150 - 154.

135. Briegel H.-J., Dur W., Cirac J. I., Zoller P. Quantum Repeaters: The Role of Imperfect Local Operations in Quantum Communication // Phys. Rev. Lett. - 1998. - Dec. - Vol. 81. — P. 5932-5935.

136. Duan L.-M., Lukin M. D., Cirac J. I., Zoller P. Long-distance quantum communication with atomic ensembles and linear optics // Nature. — 2001. — Vol. 414, no. 6862. - P. 413-418.

137. Salter C. L., Stevenson R. M., Farrer I. et al. An entangled-light-emitting diode // Nature. - 2010. - Vol. 465, no. 7298. - P. 594-597.

138. Lukin M. D. Colloquium : Trapping and manipulating photon states in atomic ensembles // Rev. Mod. Phys. — 2003, —Apr. — Vol. 75.— P. 457472.

139. Sangouard N., Simon C., Afzelius M., Gisin N. Analysis of a quantum memory for photons based on controlled reversible inhomogeneous broadening // Phys. Rev. A. - 2007. - Mar. - Vol. 75. - P. 032327.

140. Afzelius M., Simon C., de Riedmatten H., Gisin N. Multimode quantum memory based on atomic frequency combs // Phys. Rev. A.— 2009.— Vol. 79. - P. 052329.

141. Longdell J. J., Fraval E., Sellars M. J., Manson N. B. Stopped Light with Storage Times Greater than One Second Using Electromagnetically Induced Transparency in a Solid // Phys. Rev. Lett. — 2005. — Vol. 95. — P. 063601.

142. Hedges M. P., Longdell J. J., Li Y., Sellars M. J. Efficient quantum memory for light // Nature. - 2010. - Vol. 465, no. 7301.-P. 1052-1056.

143. Goldner P., Guillot-Noel O., Beaudoux F. et al. Long coherence lifetime and electromagnetically induced transparency in a highly-spin-concentrated solid // Phys. Rev. A. - 2009. - Vol. 79.-P. 033809.

144. Ruggiero J., Le Gouet J.-L., Simon C., Chaneliere T. Why the two-pulse photon echo is not a good quantum memory protocol // Phys. Rev. A. — 2009. - Vol. 79. - P. 053851.

145. Sangouard N., Simon C., Minar J. et al. Impossibility of faithfully storing single photons with the three-pulse photon echo // Phys. Rev. A. — 2010. — Vol. 81.— P. 062333.

146. Tittel W., Afzelius M., Chaneliere T. et al. Photon-echo quantum memory in solid state systems // Laser & Photonics Reviews. — 2010. — Vol. 4, no. 2.— P. 244-267.

147. Nunn J., Reim K., Lee K. C. et al. Multimode Memories in Atomic Ensembles // Phys. Rev. Lett. - 2008. - Vol. 101.-P. 260502.

148. Simon C., de Riedmatten H., Afzelius M. et al. Quantum Repeaters with Photon Pair Sources and Multimode Memories // Phys. Rev. Lett. — 2007. — Vol. 98. - P. 190503.

149. Clausen C., Usmani I., Bussieres F. et al. Quantum storage of photonic entanglement in a crystal // Nature. — 2011. — Vol. 469, no. 7331. — P. 508511.

150. Lauritzen B., Timoney N., Gisin N. et al. Spectroscopic investigations of Eu3+:Y2Si05 for quantum memory applications // Phys. Rev. B.— 2012.— Vol. 85.- P. 115111.

151. Lauritzen B., Minar J., de Riedmatten H. et al. Approaches for a quantum memory at telecommunication wavelengths // Phys. Rev. A.— 2011.— Vol. 83, — P. 012318.

152. Ikuta R., Kato H., Kusaka Y. et al. High-fidelity conversion of photonic quantum information to telecommunication wavelength with superconducting single-photon detectors // Phys. Rev. A. - 2013. — Vol. 87. — P. 010301.

153. Takesue H. Erasing Distinguishability Using Quantum Frequency Up-Conversion // Phys. Rev. Lett. - 2008. - Vol. 101.-P. 173901.

154. Appel J., Windpassinger P. J., Oblak D. et al. Mesoscopic atomic entanglement for precision measurements beyond the standard quantum limit // Proceedings of the National Academy of Sciences. — 2009. — Vol. 106, no. 27. — P. 10960-10965.

155. Novikova I., Walsworth R., Xiao Y. Electromagnetically induced transparency-based slow and stored light in warm atoms // Laser &; Photonics Reviews. - 2012. - Vol. 6, no. 3. — P. 333-353.

156. Liu C., Dutton Z., Behroozi С. H., Hau L. V. Observation of coherent optical information storage in an atomic medium using halted light pulses // Nature. — 2001. - Vol. 409, no. 6819. - P. 490-493.

157. Erickson L. E. Optical measurement of the hyperfinc splitting of the lD2 metastable state of Pr3+ in LaF3 by enhanced and saturated absorption spectroscopy // Phys. Rev. B. - 1977. — Vol. 16. —P. 4731-4736.

158. Ichimura K., Yamamoto K., Gemma N. Evidence for electromagnetically induced transparency in a solid medium // Phys. Rev. A. — 1998. — Vol. 58. — P. 4116-4120.

159. Агапьев Б. Д., Горный М. Б., Матисов Б. Г., Рождественский Ю. В. Когерентное пленение населенностей в квантовых системах // Успехи физических наук. - 1993. - Т. 163, № 9. - С. 1-36.