固态自旋光子体系的量子光学和量子网络实验研究

发布时间：2017-04-05 23:05

  本文关键词：固态自旋光子体系的量子光学和量子网络实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本论文在基于量子点的量子信息和量子计算方面,研究了自组装单量子点的共振荧光谱线动态控制,确定性单光子源,拉曼单光子源,电子-光子纠缠,以及远程传态等实验课题。主要内容包括： 1.对自组装量子点进行了基本的介绍,从物理形貌到各种带电激子态在不同磁场下的能级结构,以及不同激发模式都有详细研究。而且介绍了开展量子点光谱学研究需要的实验设备和实验技术手段。 2.我们研究了量子点共振荧光和确定性的产生单光子源。对共振荧光进行理论上的介绍以及归纳了实验各种参数的测量方法和实验结果。证明了确定性的单光子源并用之做了量子计算的最基本两比特控制非门演示。 3.我们将共振激发推进到双色激发模式,研究了利用自发辐射的跃迁线之间的干涉实现对于谱线的动态擦除。并进一步的进行多光子AC斯塔克效应和双色调制效应研究。 4.我们在量子点中实现了拉曼单光子源,包括在脉冲和连续模式下进行了详细的研究,以及实验验证了不同量子点之间的拉曼光子干涉,为未来的量子点量子中继打下基础。 5.利用一套全新的频率叠加比特量子态的测量方法,我们验证了量子点中的电子自旋和光子纠缠之间的两粒子-三比特GHZ纠缠态,并证明了对于定域实在论的违背。 6.在5的基础上,我们验证了利用远程传态,对远距离的电子进行初态确定性的制备。
【关键词】：量子点 单光子源 拉曼 谱线擦除 GHZ纠缠 远程传态 量子信息 量子计算
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O431.2
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 表格索引12-13
• 插图索引13-17
• 第一章 引言17-27
• 1.1 管窥量子17-19
• 1.1.1 从起源看量子17-18
• 1.1.2 量子现象之奇妙18-19
• 1.2 量子计算及量子网络19-22
• 1.2.1 量子计算的概念和现状19-21
• 1.2.2 量子网络21-22
• 1.3 单光子源22-24
• 1.3.1 单光子源的意义和要求22-23
• 1.3.2 单光子性23-24
• 1.4 全文结构和相互之间的关系24-27
• 第二章 自组装量子点27-53
• 2.1 量子点基本认识27-41
• 2.1.1 量子点的生长过程和形貌27-29
• 2.1.2 量子点的激子态能级29-31
• 2.1.3 零磁场中性激子态能级31
• 2.1.4 零磁场带电激子态能级31-32
• 2.1.5 法拉第磁场中性激子态能级32-33
• 2.1.6 法拉第磁场X~-激子态能级33
• 2.1.7 Voigt磁场中性激子态能级33-34
• 2.1.8 Voigt磁场X~-激子态能级34-36
• 2.1.9 激子态能级和跃迁选择定则的概括36
• 2.1.10 超快光脉冲自旋旋转36-41
• 2.2 量子点的激子态光谱基础41-46
• 2.2.1 量子点的非共振激子态光谱41-44
• 2.2.2 量子点的共振激发光谱44-46
• 2.3 研究量子点的主要实验手段46-53
• 2.3.1 低温冷却共聚焦显微系统46-47
• 2.3.2 光谱仪和F-P腔47-50
• 2.3.3 HBT以及lifetime测量装置50-51
• 2.3.4 本章小结51-53
• 第三章 量子点共振荧光和确定性单光子源53-81
• 3.1 共振荧光的理论54-61
• 3.1.1 光和原子相互作用54-56
• 3.1.2 拉比振荡,吸收谱线,相干成分,单光子性56-59
• 3.1.3 Mollow三态和缀饰态能级59-61
• 3.2 量子点的共振荧光实验61-70
• 3.2.1 样品的放置和更换62-63
• 3.2.2 从带上激发到共振荧光,光谱,实验手段操作63-65
• 3.2.3 共振荧光量子点的参数：寿命,单光子性,饱和特征,T_1,T_265-67
• 3.2.4 Mollow三态的研究67-70
• 3.3 基于量子点的共振荧光确定性单光子源70-73
• 3.4 确定性单光子源的双光子干涉73-77
• 3.5 量子点单光子源C-NOT门演示77-79
• 3.6 本章小结79-81
• 第四章 基于共振荧光的动态自发辐射谱线擦除81-95
• 4.1 能级和跃迁矩阵81-85
• 4.2 干涉相消光谱85-90
• 4.2.1 干涉相消光谱理论部分86-87
• 4.2.2 干涉相消光谱的实验结果87-90
• 4.3 多光子干涉和ac斯塔克效应90-91
• 4.4 同频率边带调制谱91-94
• 4.4.1 边带连续调制谱的现象91-93
• 4.4.2 连续边带形成的解释93-94
• 4.5 本章小结94-95
• 第五章 可调的高度不可分辨性量子点拉曼单光子源95-111
• 5.1 连续激发模式下的基本性质研究95-103
• 5.1.1 之前的研究概况95-96
• 5.1.2 拉曼单光子实验基本性质96-102
• 5.1.3 连续激发模式的双光子干涉102-103
• 5.2 脉冲光激发模式的拉曼光子研究103-108
• 5.2.1 脉冲光激发模式的基本性质103-107
• 5.2.2 两个分立量子点之间的单光子干涉107-108
• 5.3 本章小结和展望108-111
• 第六章 量子点光子-自旋纠缠和GHZ纠缠产生和验证111-133
• 6.1 频率比特擦除方法原理112-118
• 6.1.1 频率比特的读取方法背景112-113
• 6.1.2 频率比特理论-EOM调制113-114
• 6.1.3 频率比特理论-同步射频源114-115
• 6.1.4 频率比特理论-来自自发辐射时间晃动的影响和补偿115-116
• 6.1.5 频率比特理论-通过EOM测量频率叠加比特116-117
• 6.1.6 频率比特理论-EOM测量的瞬时等价性质117
• 6.1.7 频率比特理论-颜色擦除对于无同步的量子信息应用和优点117-118
• 6.2 实验系统118-120
• 6.2.1 实验系统-时钟同步118-119
• 6.2.2 实验系统-控制系统和数据采集119-120
• 6.3 自旋光子纠缠产生120-123
• 6.4 自旋光子纠缠的验证123-127
• 6.5 GHZ纠缠态制备和验证127-129
• 6.6 纠缠态的保真度计算129-130
• 6.7 纠缠态的误差分析130-131
• 6.8 本章小结131-133
• 第七章 确定性远距离的单光子状态向固态自旋比特传递133-149
• 7.1 实验系统和量子点参数134-135
• 7.1.1 实验系统-光学部分134-135
• 7.1.2 实验系统-控制部分135
• 7.1.3 实验系统-量子点荧光135
• 7.2 远程传态135-138
• 7.2.1 远程传态方案135-138
• 7.3 远程传态实验实现过程138-143
• 7.3.1 纠缠产生138-139
• 7.3.2 BSM中的频率比特读取139-140
• 7.3.3 BSM中的自旋比特相干保持140-142
• 7.3.4 BSM中的自旋比特相干读出142-143
• 7.4 远程传态实验结果和数据分析143-147
• 7.4.1 远程传态结果143
• 7.4.2 远程传态数据分析143-146
• 7.4.3 保真度误差来源146-147
• 7.5 本章小结147-149
• 第八章 展望149-151
• 参考文献151-159
• 致谢159-163
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果163-165

【共引文献】

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  本文关键词：固态自旋光子体系的量子光学和量子网络实验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

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