【摘要】：量子信息學(xué)是由量子物理和信息學(xué)有機結(jié)合而誕生的一門非常具有發(fā)展?jié)摿Φ木C合性學(xué)科。擁有量子力學(xué)特性的量子信息學(xué),解決了很多經(jīng)典信息學(xué)無法解決的問題,因此引起了國內(nèi)外廣泛的關(guān)注,人們在理論以及實驗上進行了大量的探究。而在量子信息學(xué)領(lǐng)域,量子糾纏在量子密鑰分發(fā)、量子隱形傳態(tài)、量子計算等量子信息處理過程都起著至關(guān)重要的作用,因此,量子糾纏態(tài)的制備對于量子信息學(xué)來說,不可或缺。目前,國內(nèi)外量子糾纏態(tài)的制備主要是基于線性光學(xué)系統(tǒng)、原子系綜、離子阱以及腔量子電動力學(xué)(腔QED)系統(tǒng)。腔量子電動力學(xué)QED系統(tǒng)由于具有優(yōu)良的物理特性,已經(jīng)被廣泛地研究和利用,成為比較成熟的系統(tǒng);腔量子電動力學(xué)QED系統(tǒng)是由光學(xué)微腔以及與其耦合的原子組成,其中原子充當著量子信息的存儲單元;作為新型的人工原子,氮-空缺中心(NV色心)由于擁有較強的穩(wěn)定性以及較長時間的相干性,已經(jīng)在實驗上被證實可以在量子信息處理中充當量子比特;回音壁光學(xué)諧振腔(WGM腔),由于擁有非常高的品質(zhì)因子以及非常小的有效模式體積,在理論以及實驗上,經(jīng)常充當理想的光學(xué)微腔,因此NV色心以及回音壁模式腔的耦合系統(tǒng),在量子信息領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。以下是本文的內(nèi)容結(jié)構(gòu)安排:在本文中,首先探究了NV色心與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學(xué)微腔的耦合系統(tǒng)。其次,利用雙光子輸入輸出該耦合系統(tǒng),制備了雙光子在偏振模式上的貝爾態(tài)糾纏。再次,提出了NV色心和回音壁模式光學(xué)腔的耦合系統(tǒng),制備了雙光子在偏振模式以及空間模式上的超糾纏貝爾態(tài)。最后,通過Matlab進行模型仿真,結(jié)合損耗因素,得出了通過該耦合系統(tǒng)制備的雙光子貝爾態(tài)糾纏的保證度以及效率,以驗證方案的可行性。
【圖文】：

的金剛石非常少，自然界中的金剛石或多或少會含有一定的雜質(zhì)，因此天然純凈逡逑的金剛石非常珍貴。在晶體中的點缺陷結(jié)構(gòu)我們稱之為色心，而在金剛石晶體中逡逑存在一種特殊的點缺陷結(jié)構(gòu)，如圖３－１所示，這點缺陷結(jié)構(gòu)是由一個代替了金剛逡逑石中碳原子位置的氮原子以及與其相鄰的晶格空位所構(gòu)成的，這種結(jié)構(gòu)具有Ｃ３ｖ逡逑的對稱性。ＮＶ色心可以分為電中性的ＮＶ色心和帶負電的ＮＶ色心。因為從帶逡逑負電的ＮＶ色心［３５’３６］中，很容易可以探測到ＮＶ色心的光致發(fā)光效應(yīng)，所以本文逡逑應(yīng)用的是帶負電的ＮＶ色心。逡逑３．１．２邋ＮＶ色心的能級結(jié)構(gòu)逡逑ＮＶ色心擁有穩(wěn)定的能級結(jié)構(gòu)，如圖３－２所示，帶負電的ＮＶ色心擁有六個逡逑電子（來自氮原子）以及圍繞空位的三個碳原子，由于ＮＶ色心的基態(tài)是自旋三逡逑重態(tài)３NB，激發(fā)態(tài)是３Ｅ結(jié)構(gòu)的三重態(tài)，以及亞穩(wěn)態(tài)＾。在自旋與自旋的相互作用逡逑下，會導(dǎo)致ＮＶ色心的基態(tài)｜邐０〉和｜邋＝邋±１＞能級劈裂，基態(tài)丨＝邋０〉和卜ｓ邋＝邋士邋１＞逡逑１６逡逑

在上面的內(nèi)容中，我們簡單介紹了邋ＮＶ色心以及回音壁模式諧振腔各自逡逑的物理性質(zhì)，在本節(jié)中，我們將討論單光子在ＮＶ色心－微環(huán)芯腔耦合系統(tǒng)的逡逑輸入輸出關(guān)系，如圖３－３所示，為ＮＶ色心與微環(huán)芯諧振腔耦合系統(tǒng)，我們逡逑可以看到一個ＮＶ色心固定在微環(huán)芯諧振腔的表面，它們之間是通過倏逝場逡逑耦合在一起的；光纖錐波導(dǎo)與微環(huán)芯諧振腔相鄰，作為光子輸入和輸出微環(huán)逡逑芯諧振腔的通道，光子進入腔后，會激發(fā)腔內(nèi)的光場。我們將ＮＶ色＾、的基逡逑態(tài)的量子比特編碼方式設(shè)為：｜％＝－１〉＝｜－１〉和｜％＝＋１〉＝丨＋１〉，同時將｜p骸靛義獻魑ㄖし⑻�，緡撳的ＮＶ色心乃G鍛既繽跡常此荊危稚拇踴薄靛義顯廄ǖ劍黳骸抵豢梢雜墑淙胱笮窆庾櫻薄鄧穡恚危稚拇踴義縣薄翟廄ǖ劍黳骸抵豢梢雜墑淙胗倚窆庾櫻啊鄧，

本文編號：2640886