波导中量子路由的相干调控研究

发布时间：2020-04-25 15:14

【摘要】：量子通信和量子计算中的可扩展性的量子信息处理是基于量子网络实现的。量子网络主要由量子节点和量子信道构成,量子节点连贯地连接不同的量子信道,节点中的量子路由器控制着信号在不同的信道间传输。随着理论的发展和实验技术的进步,在量子网络中,相干控制光输运来提高量子路由器中信道间的路由率已成为当前研究的一个热点。本文对波导系统中的量子路由器进行了优化设计,并通过全量子的实空间方法研究光子与等离激元路由属性,得到调控路由的几个可能有效的途径。本文主要内容如下:(1)两个平行的线性波导中并置两个原子构成一个单点量子路由系统,调控原子的失谐、偶极-偶极相互作用和原子与波导间的耦合作用可实现Fano型路由。因此,调控本方案设计的单点路由系统的偶极-偶极相互作用可为产生Fano共振提供一种途径。(2)两个平行的线性波导中耦合两个回音壁谐振腔构成一个单光子量子路由系统。由于回音壁谐振腔的特殊构造,在共振情况下,调控单个回音壁谐振腔的路由系统可使路由率大于0.5。在两个回音壁谐振腔构成的路由系统中,非共振情况下,调控两个回音壁谐振腔间距和波导与回音壁的耦合也可实现高路由率。因此,本方案可为控制高量子路由率提供一个潜在应用。(3)实验技术的发展使具有方位角的量子点可确定地放置在圆柱体纳米线上。在非线性金属纳米中,研究了不同方位角的量子点对等离激元传输特性的影响。运用实空间的全量子理论与传输矩阵的方法,得到在两个和三个量子点情况下等离激元的散射幅。通过调控量子点的方位角,可呈现出Fano共振和周期性最值的光谱,同时设计了等离子体开关。因此,本方案提出的量子点的方位角可作为控制等离激元在金属纳米中传输的一种新调控方法。(4)两个平行的金属纳米线中耦合两个二能级量子点构成一个量子路由系统,研究纳米线波导的非线性离散效应对路由系统的影响。通过调控两个量子点间距和等离激元与量子点的耦合,可实现两纳米线间高路由率的转移,非线性离散导致了Fano共振的产生。因此,本方案所设计双量子点路由系统可作为一种具有鲁棒性的量子路由器来实现等离激元在两纳米线间高路由率的产生。本文设计的量子路由系统可为量子水平的光信号路由器的设计提供有益的参考。
【图文】：

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子传播的现象。光子在晶体中传播也会出现相类似的现象。光子晶体波导正是运用光子晶体的缺陷的特点来引导光子在其中的传输。图2.1 光子晶体波导示意图光的全发射可在介电波导内部发生。随着实验技术的进步，一种新型的光波导—光子晶体波导也能使光在其内部发生全反射现象。图2.1是晶体光波导的示意图，由硅（灰色区域）制成的穿孔周期的气孔构成了光子晶体。通常，一个完美的光子晶体具有一个确定的频率范围和带隙，带隙中光不能进行传播。传输通道是由一排气孔所形成，，而缺陷带在带隙内形成，这个缺陷带可描述光子在实空间中的传播模式。一个单光子入射到晶体光波导中，没有被打孔的区域可以控制光子传播路径，在没有能量耗散的条件下，光子能传输到

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17]，为多信道量子路由的研究开辟了道路。图2.2 耦合谐振腔波导示意图[17]2.1.3 等离激元波导等离激元波导是运用低维亚波长金属结构或是依靠间距很小的金属颗粒的自由电子振荡之间相互作用引导光传输，实现亚波长波导。等离激元能让导模的横向尺度限制在衍射极限以下，利用这特点可制造出纳米波导。为了能够有效地研究等离激元波导中的光输运特性，科研者们制造出了纳米尺度以下的等离激元波导，常见的有金属纳米线波导、V 型
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O413

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