耦合腔波导中高效光量子路由器的设计

发布时间：2022-01-19 13:33

　　近些年来量子信息取得了快速的发展。量子网络是实施量子信息处理的一个重要组成部分。在一个光量子网络中,光子由于传播速度很快且具有稳定的相干性和低耗散被作为理想的信息载体,量子节点连接网络中不同的量子通道,而节点中的量子路由器控制着光量子信号的传输路径。近年来在耦合波导系统中光子输运技术的快速发展为实现单光子量子路由提供了理想的平台,其中波导被用作光信号传输的理想信息通道,与波导耦合的量子激发器则路由光子到各个信道。然而目前的路由系统中,从主信道转移到其它信道的路由率不大于0.5,这会限制路由器的更多潜在应用。高路由率才可以实现信息在各信道间的有效预期分配,因此对于一个多通道的量子网络,设计高路由率的量子路由器是非常重要的。这里提供了几种高效的量子路由方案,方案思路主要是在双信道或多信道的波导系统中增加量子激发器,通过对不同激发器的参数调控,可以实现量子信息从入射通道到其它通道的高效转移。全文主要的内容结构如下:（1）在X型耦合腔波导的交叉腔中放置一个循环的Δ型三能级原子,作为一个理想的路由器来连接两个通道,再在波导的主信道上放置一个二能级原子来调控四个端口的路由,通过调节原子与光子的耦合... 

【文章来源】：江西理工大学江西省

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

光子晶体波导示意图

通过交换虚光子与原子系统发生作用，原子系统的状态不发生改变使得入射光子可以完全透射，相当于打开了光开关，让光子向前运动。图2.2 耦合谐振腔光波导示意图[11]图 2.2 为 Zhou 等人对量子路由进行的理论研究，图中两个无限长的 CRW 通过与一个Δ循环三能级系统原子连接与其发生耦合作用，通过调节原子上的经典场 ，可以使得入射单光子从主信道 CRW 传输到另一个次信道 CRW，改变光子传输线路来体现量子路由作用，通过调节控制发现入射光子的全反射与光子束缚态存在有关。这种三能级原子在一些系统里存在，比如手性分子[60,61]，对称破缺系统[62]等。以上模型系统的哈密顿量的组成部分可分三个叙述，分别为波导之间的相互作用，三能级原子系统的和波导与原子系统之间的哈密顿量。这两个耦合腔波导利用了具有余弦色散关系的紧束缚的玻色字模型。运用单激发子空间

第二章 基础知识介绍11图2.3 边长为L 的电磁场空间2.2.2 产生算符与湮灭算符一个量子路由系统由波导与二能级系统组成，二能级之间的本征态分别为 a 与 b ，其能量本征值表示为a aE 与b bE ，能级的本征态也满足完备性与正交归一化条件，用算术表达为 a a b b 1， a b b a 0。 a 1 a + 0b， b 1 b +0a可视为 与 态矢的表象。用态矢展开一个矢量，展开的系数为该矢量的坐标，可以构成列矩阵

【参考文献】：
博士论文
[1]量子通信若干理论研究[D]. 富尧.中国科学技术大学 2016

硕士论文
[1]基于耦合腔波导的四能级原子系统量子路由器的理论研究[D]. 闫国安.华东交通大学 2016
[2]CdS纳米线及其复合结构的制备和光学性质研究[D]. 李康纠.湖南大学 2010



本文编号：3596943