【摘要】：量子通信和量子計(jì)算中的可擴(kuò)展性的量子信息處理是基于量子網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的。量子網(wǎng)絡(luò)主要由量子節(jié)點(diǎn)和量子信道構(gòu)成,量子節(jié)點(diǎn)連貫地連接不同的量子信道,節(jié)點(diǎn)中的量子路由器控制著信號在不同的信道間傳輸。隨著理論的發(fā)展和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步,在量子網(wǎng)絡(luò)中,相干控制光輸運(yùn)來提高量子路由器中信道間的路由率已成為當(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。本文對波導(dǎo)系統(tǒng)中的量子路由器進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),并通過全量子的實(shí)空間方法研究光子與等離激元路由屬性,得到調(diào)控路由的幾個(gè)可能有效的途徑。本文主要內(nèi)容如下:(1)兩個(gè)平行的線性波導(dǎo)中并置兩個(gè)原子構(gòu)成一個(gè)單點(diǎn)量子路由系統(tǒng),調(diào)控原子的失諧、偶極-偶極相互作用和原子與波導(dǎo)間的耦合作用可實(shí)現(xiàn)Fano型路由。因此,調(diào)控本方案設(shè)計(jì)的單點(diǎn)路由系統(tǒng)的偶極-偶極相互作用可為產(chǎn)生Fano共振提供一種途徑。(2)兩個(gè)平行的線性波導(dǎo)中耦合兩個(gè)回音壁諧振腔構(gòu)成一個(gè)單光子量子路由系統(tǒng)。由于回音壁諧振腔的特殊構(gòu)造,在共振情況下,調(diào)控單個(gè)回音壁諧振腔的路由系統(tǒng)可使路由率大于0.5。在兩個(gè)回音壁諧振腔構(gòu)成的路由系統(tǒng)中,非共振情況下,調(diào)控兩個(gè)回音壁諧振腔間距和波導(dǎo)與回音壁的耦合也可實(shí)現(xiàn)高路由率。因此,本方案可為控制高量子路由率提供一個(gè)潛在應(yīng)用。(3)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展使具有方位角的量子點(diǎn)可確定地放置在圓柱體納米線上。在非線性金屬納米中,研究了不同方位角的量子點(diǎn)對等離激元傳輸特性的影響。運(yùn)用實(shí)空間的全量子理論與傳輸矩陣的方法,得到在兩個(gè)和三個(gè)量子點(diǎn)情況下等離激元的散射幅。通過調(diào)控量子點(diǎn)的方位角,可呈現(xiàn)出Fano共振和周期性最值的光譜,同時(shí)設(shè)計(jì)了等離子體開關(guān)。因此,本方案提出的量子點(diǎn)的方位角可作為控制等離激元在金屬納米中傳輸?shù)囊环N新調(diào)控方法。(4)兩個(gè)平行的金屬納米線中耦合兩個(gè)二能級量子點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)量子路由系統(tǒng),研究納米線波導(dǎo)的非線性離散效應(yīng)對路由系統(tǒng)的影響。通過調(diào)控兩個(gè)量子點(diǎn)間距和等離激元與量子點(diǎn)的耦合,可實(shí)現(xiàn)兩納米線間高路由率的轉(zhuǎn)移,非線性離散導(dǎo)致了Fano共振的產(chǎn)生。因此,本方案所設(shè)計(jì)雙量子點(diǎn)路由系統(tǒng)可作為一種具有魯棒性的量子路由器來實(shí)現(xiàn)等離激元在兩納米線間高路由率的產(chǎn)生。本文設(shè)計(jì)的量子路由系統(tǒng)可為量子水平的光信號路由器的設(shè)計(jì)提供有益的參考。
【圖文】：

子傳播的現(xiàn)象。光子在晶體中傳播也會出現(xiàn)相類似的現(xiàn)象。光子晶體波導(dǎo)正是運(yùn)用光子晶體的缺陷的特點(diǎn)來引導(dǎo)光子在其中的傳輸。圖2.1 光子晶體波導(dǎo)示意圖光的全發(fā)射可在介電波導(dǎo)內(nèi)部發(fā)生。隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步，一種新型的光波導(dǎo)—光子晶體波導(dǎo)也能使光在其內(nèi)部發(fā)生全反射現(xiàn)象。圖2.1是晶體光波導(dǎo)的示意圖，由硅（灰色區(qū)域）制成的穿孔周期的氣孔構(gòu)成了光子晶體。通常，一個(gè)完美的光子晶體具有一個(gè)確定的頻率范圍和帶隙，帶隙中光不能進(jìn)行傳播。傳輸通道是由一排氣孔所形成，，而缺陷帶在帶隙內(nèi)形成，這個(gè)缺陷帶可描述光子在實(shí)空間中的傳播模式。一個(gè)單光子入射到晶體光波導(dǎo)中，沒有被打孔的區(qū)域可以控制光子傳播路徑，在沒有能量耗散的條件下，光子能傳輸?shù)?

17]，為多信道量子路由的研究開辟了道路。圖2.2 耦合諧振腔波導(dǎo)示意圖[17]2.1.3 等離激元波導(dǎo)等離激元波導(dǎo)是運(yùn)用低維亞波長金屬結(jié)構(gòu)或是依靠間距很小的金屬顆粒的自由電子振蕩之間相互作用引導(dǎo)光傳輸，實(shí)現(xiàn)亞波長波導(dǎo)。等離激元能讓導(dǎo)模的橫向尺度限制在衍射極限以下，利用這特點(diǎn)可制造出納米波導(dǎo)。為了能夠有效地研究等離激元波導(dǎo)中的光輸運(yùn)特性，科研者們制造出了納米尺度以下的等離激元波導(dǎo)，常見的有金屬納米線波導(dǎo)、V 型
【學(xué)位授予單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O413

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本文編號：2640379