基于回音壁模式光学微腔超纠缠贝尔态产生
发布时间：2020-04-26 00:45
【摘要】：量子信息学是由量子物理和信息学有机结合而诞生的一门非常具有发展潜力的综合性学科。拥有量子力学特性的量子信息学,解决了很多经典信息学无法解决的问题,因此引起了国内外广泛的关注,人们在理论以及实验上进行了大量的探究。而在量子信息学领域,量子纠缠在量子密钥分发、量子隐形传态、量子计算等量子信息处理过程都起着至关重要的作用,因此,量子纠缠态的制备对于量子信息学来说,不可或缺。目前,国内外量子纠缠态的制备主要是基于线性光学系统、原子系综、离子阱以及腔量子电动力学(腔QED)系统。腔量子电动力学QED系统由于具有优良的物理特性,已经被广泛地研究和利用,成为比较成熟的系统;腔量子电动力学QED系统是由光学微腔以及与其耦合的原子组成,其中原子充当着量子信息的存储单元;作为新型的人工原子,氮-空缺中心(NV色心)由于拥有较强的稳定性以及较长时间的相干性,已经在实验上被证实可以在量子信息处理中充当量子比特;回音壁光学谐振腔(WGM腔),由于拥有非常高的品质因子以及非常小的有效模式体积,在理论以及实验上,经常充当理想的光学微腔,因此NV色心以及回音壁模式腔的耦合系统,在量子信息领域有着广泛的应用。以下是本文的内容结构安排:在本文中,首先探究了NV色心与回音壁模式腔的物理特性,并研究了NV色心和回音壁模式光学微腔的耦合系统。其次,利用双光子输入输出该耦合系统,制备了双光子在偏振模式上的贝尔态纠缠。再次,提出了NV色心和回音壁模式光学腔的耦合系统,制备了双光子在偏振模式以及空间模式上的超纠缠贝尔态。最后,通过Matlab进行模型仿真,结合损耗因素,得出了通过该耦合系统制备的双光子贝尔态纠缠的保证度以及效率,以验证方案的可行性。
【图文】：
的金刚石非常少，自然界中的金刚石或多或少会含有一定的杂质，因此天然纯净逡逑的金刚石非常珍贵。在晶体中的点缺陷结构我们称之为色心，而在金刚石晶体中逡逑存在一种特殊的点缺陷结构，如图３－１所示，这点缺陷结构是由一个代替了金刚逡逑石中碳原子位置的氮原子以及与其相邻的晶格空位所构成的，这种结构具有Ｃ３ｖ逡逑的对称性。ＮＶ色心可以分为电中性的ＮＶ色心和带负电的ＮＶ色心。因为从带逡逑负电的ＮＶ色心［３５’３６］中，很容易可以探测到ＮＶ色心的光致发光效应，所以本文逡逑应用的是带负电的ＮＶ色心。逡逑３．１．２邋ＮＶ色心的能级结构逡逑ＮＶ色心拥有稳定的能级结构，如图３－２所示，带负电的ＮＶ色心拥有六个逡逑电子（来自氮原子）以及围绕空位的三个碳原子，由于ＮＶ色心的基态是自旋三逡逑重态３NB，激发态是３Ｅ结构的三重态，以及亚稳态＾。在自旋与自旋的相互作用逡逑下，会导致ＮＶ色心的基态｜逦０〉和｜邋＝邋±１＞能级劈裂，基态丨＝邋０〉和卜ｓ邋＝邋士邋１＞逡逑１６逡逑
在上面的内容中，我们简单介绍了邋ＮＶ色心以及回音壁模式谐振腔各自逡逑的物理性质，在本节中，我们将讨论单光子在ＮＶ色心－微环芯腔耦合系统的逡逑输入输出关系，如图３－３所示，为ＮＶ色心与微环芯谐振腔耦合系统，我们逡逑可以看到一个ＮＶ色心固定在微环芯谐振腔的表面，它们之间是通过倏逝场逡逑耦合在一起的；光纤锥波导与微环芯谐振腔相邻，作为光子输入和输出微环逡逑芯谐振腔的通道，光子进入腔后，会激发腔内的光场。我们将ＮＶ色＾、的基逡逑态的量子比特编码方式设为：｜％＝－１〉＝｜－１〉和｜％＝＋１〉＝丨＋１〉，同时将｜p骸靛义献魑ㄖし⑻咛宓模危稚哪芗锻既缤迹常此荆危稚拇踊薄靛义显厩ǖ剑黳骸抵豢梢杂墒淙胱笮窆庾樱薄邓穑恚危稚拇踊义县薄翟厩ǖ剑黳骸抵豢梢杂墒淙胗倚窆庾樱啊邓，
本文编号：2640886
【图文】：
的金刚石非常少，自然界中的金刚石或多或少会含有一定的杂质，因此天然纯净逡逑的金刚石非常珍贵。在晶体中的点缺陷结构我们称之为色心，而在金刚石晶体中逡逑存在一种特殊的点缺陷结构，如图３－１所示，这点缺陷结构是由一个代替了金刚逡逑石中碳原子位置的氮原子以及与其相邻的晶格空位所构成的，这种结构具有Ｃ３ｖ逡逑的对称性。ＮＶ色心可以分为电中性的ＮＶ色心和带负电的ＮＶ色心。因为从带逡逑负电的ＮＶ色心［３５’３６］中，很容易可以探测到ＮＶ色心的光致发光效应，所以本文逡逑应用的是带负电的ＮＶ色心。逡逑３．１．２邋ＮＶ色心的能级结构逡逑ＮＶ色心拥有稳定的能级结构，如图３－２所示，带负电的ＮＶ色心拥有六个逡逑电子（来自氮原子）以及围绕空位的三个碳原子，由于ＮＶ色心的基态是自旋三逡逑重态３NB，激发态是３Ｅ结构的三重态，以及亚稳态＾。在自旋与自旋的相互作用逡逑下，会导致ＮＶ色心的基态｜逦０〉和｜邋＝邋±１＞能级劈裂，基态丨＝邋０〉和卜ｓ邋＝邋士邋１＞逡逑１６逡逑
在上面的内容中，我们简单介绍了邋ＮＶ色心以及回音壁模式谐振腔各自逡逑的物理性质，在本节中，我们将讨论单光子在ＮＶ色心－微环芯腔耦合系统的逡逑输入输出关系，如图３－３所示，为ＮＶ色心与微环芯谐振腔耦合系统，我们逡逑可以看到一个ＮＶ色心固定在微环芯谐振腔的表面，它们之间是通过倏逝场逡逑耦合在一起的；光纤锥波导与微环芯谐振腔相邻，作为光子输入和输出微环逡逑芯谐振腔的通道，光子进入腔后，会激发腔内的光场。我们将ＮＶ色＾、的基逡逑态的量子比特编码方式设为：｜％＝－１〉＝｜－１〉和｜％＝＋１〉＝丨＋１〉，同时将｜p骸靛义献魑ㄖし⑻咛宓模危稚哪芗锻既缤迹常此荆危稚拇踊薄靛义显厩ǖ剑黳骸抵豢梢杂墒淙胱笮窆庾樱薄邓穑恚危稚拇踊义县薄翟厩ǖ剑黳骸抵豢梢杂墒淙胗倚窆庾樱啊邓，
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