本文關(guān)鍵詞： 微納結(jié)構(gòu) 共振熒光 量子糾纏 熱化　出處：《蘭州大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：微納結(jié)構(gòu)是尺寸居于分子尺度和微米之間的物體結(jié)構(gòu)。在量子光學(xué)中,由于微納結(jié)構(gòu)中的電磁模式具有很強(qiáng)的空間局域效應(yīng),它是實現(xiàn)光與物質(zhì)強(qiáng)相互作用和對量子系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)操控的重要平臺。在量子信息中,微納結(jié)構(gòu)以其全固態(tài)特性成為可集成單光子源和信息存儲、轉(zhuǎn)換與傳輸?shù)裙庾悠骷睦硐胼d體。在本文中,我們基于開放量子系統(tǒng)主方程方法,一方面研究了表面等離子體微納結(jié)構(gòu)中介觀量子點(diǎn)的共振熒光和光力系統(tǒng)中機(jī)械振子之間穩(wěn)定量子糾纏的制備,另一方面通過非平衡動力學(xué)的方法研究了平衡態(tài)統(tǒng)計力學(xué)中正則熱化的成立條件。首先,我們研究了置于層狀表面等離子體微納結(jié)構(gòu)中的量子點(diǎn)在共振驅(qū)動下熒光輻射的功率譜和關(guān)聯(lián)統(tǒng)計特性。在原子系統(tǒng)發(fā)展起來的傳統(tǒng)共振熒光理論主要基于偶極近似,但是我們研究發(fā)現(xiàn),由于量子點(diǎn)空間尺寸的擴(kuò)展和表面等離子體誘導(dǎo)的場強(qiáng)在空間的急劇變化,量子點(diǎn)的四階矩對其熒光特性具有顯著影響:一方面偶極近似下量子點(diǎn)熒光譜隨量子點(diǎn)空間朝向的π旋轉(zhuǎn)對稱性被破壞,另一方面通過對量子點(diǎn)空間朝向和四階矩的合理選擇,熒光譜可以實現(xiàn)在單峰和Mollow三峰結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)變;二階關(guān)聯(lián)函數(shù)也可以實現(xiàn)從單光子弱輻射區(qū)域向強(qiáng)輻射區(qū)域轉(zhuǎn)變。我們的工作對利用量子點(diǎn)介觀效應(yīng)開發(fā)以量子點(diǎn)為載體的納米單光子器件具有啟發(fā)意義。其次,基于光力系統(tǒng),我們提出了一種通過庫工程制備單腔中雙振動機(jī)械振子之間穩(wěn)定量子糾纏的方案。熱噪聲的存在使得在宏觀機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)中基本不能觀察到量子相干效應(yīng),光力系統(tǒng)提供了通過利用光與機(jī)械振子輻射壓來降低機(jī)械振子熱振動噪聲的理想平臺,因此使得在宏觀機(jī)械運(yùn)動物體上觀察到量子糾纏特性成為可能。與以往廣泛采用的方案不同,我們提出了一種制備單腔中雙振動鏡面穩(wěn)定量子糾纏的新方案,我們的方案不訴諸于對機(jī)械振子熱振動噪聲的預(yù)冷卻,主要利用了壓縮庫工程的思想:我們發(fā)現(xiàn)通過對腔場引入一個寬帶壓縮驅(qū)動場,兩個鏡面可以獲得穩(wěn)定的量子糾纏。分析表明其機(jī)制來自于腔所起的媒介作用:腔將它從寬帶壓縮驅(qū)動場中獲得的量子壓縮特性傳遞給了雙鏡面的相對動量,從而使得雙鏡面穩(wěn)態(tài)表現(xiàn)出量子糾纏這一集體量子關(guān)聯(lián)特性。我們的方案提供了一種無需預(yù)冷卻實現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)穩(wěn)定糾纏制備的方案。最后,通過研究量子諧振子在有限溫度平衡環(huán)境中趨于平衡的動力學(xué),我們從微觀角度探討了平衡態(tài)統(tǒng)計物理中正則熱化的成立條件。從微觀角度認(rèn)識統(tǒng)計物理基礎(chǔ)—各態(tài)歷經(jīng)假說的物理依據(jù)及評估其成立范圍是統(tǒng)計物理的核心問題。前人研究發(fā)現(xiàn)任意復(fù)合系統(tǒng)的純態(tài)都將伴隨開放系統(tǒng)的正則熱化,該結(jié)果暗示了正則熱化的成立性;而又有研究揭示開放系統(tǒng)并非總可熱化。如何理解這些不相容的結(jié)論?圍繞該問題,我們利用路徑積分影響泛函方法研究了諧振子在有限溫環(huán)境中趨于平衡的動力學(xué),結(jié)果表明系統(tǒng)與環(huán)境形成的復(fù)合系統(tǒng)束縛態(tài)的形成與非馬爾科夫效應(yīng)對系統(tǒng)趨于平衡的熱化行為具有本質(zhì)的影響:在玻恩-馬爾科夫近似下,系統(tǒng)將趨于唯一的與環(huán)境具有相同溫度的正則熱態(tài)(傳統(tǒng)正則系綜理論成立);而在非馬爾科夫動力學(xué)下,當(dāng)無束縛態(tài)時,系統(tǒng)仍可趨于一正則態(tài),但其具有與環(huán)境完全不同的溫度;而當(dāng)束縛態(tài)形成時,系統(tǒng)的平衡態(tài)將不能用正則態(tài)描述。我們的研究結(jié)果既揭示了傳統(tǒng)正則系綜論成立的條件,又建立了平衡態(tài)統(tǒng)計物理與非平衡統(tǒng)計動力學(xué)的橋梁。我們的工作一方面有助于實驗實現(xiàn)對微納結(jié)構(gòu)下物理系統(tǒng)的量子態(tài)操控,另一方面也為從非平衡動力學(xué)角度研究平衡態(tài)統(tǒng)計力學(xué)問題建立了微觀基礎(chǔ)。
[Abstract]:The micro nano structure is the size in the object structure between the molecular scale and micrometer. In quantum optics, as the micro electromagnetic mode structure in the space with local effect is very strong, it is light and matter of strong interaction and an important platform for state manipulation of quantum systems. In quantum information, micro nano structure in the all solid state properties become integrated single photon source and ideal carrier of information storage, conversion and transmission of photonic devices. In this paper, we master equation method based on open quantum systems, on the one side surface of plasma micro nano stable quantum entanglement between the structure of mechanical vibration in mesoscopic quantum dot resonance fluorescence and power system in the preparation, on the other hand, the establishment of conditions of regular thermalization equilibrium statistical mechanics is investigated in the method of nonequilibrium dynamics. First, we study on the layered surface plasmon The sub body micro nano quantum dot structure in the resonance driving power of the fluorescence emission spectrum and correlation statistics. In the traditional theory of atomic resonance fluorescence system developed mainly based on the dipole approximation, but we found that the intensity of quantum dots size expansion and surface plasma induced dramatic changes in space, four moments of quantum dots have significant influence on the fluorescence characteristics: on the one hand, the dipole approximation of quantum dots fluorescence spectrum rotation symmetry of quantum dots with space toward destruction, on the other hand, through the reasonable choice of the quantum dot orientation and four order moments, fluorescence spectrum can achieve the conversion between single peak and the peak of Mollow three structure; two order correlation function can be realized from the single photon weak radiation region transition to strong radiation area. We work on the use of quantum dots in quantum dot mesoscopic effect development as the carrier Has the meaning of single nano photonic devices. Secondly, based on the power system, we propose a library project through the preparation of stable quantum entanglement between two vibration mechanical oscillator in single cavity scheme. The thermal noise due to the existence of the macro mechanical system in basic could not observe the quantum coherence effect, power system provided by the pressure to reduce the ideal platform for mechanical oscillator, thermal vibration noise by using an optical and mechanical oscillator radiation, thus to quantum entanglement properties observed in macroscopic mechanical motion as possible. Unlike previous widely used scheme, we propose a new preparation method of double mirror vibration stability of quantum entanglement in a single cavity. Our scheme without resorting to pre cooling of the mechanical oscillator thermal vibration noise, the main use of the compression library engineering idea: we found that the cavity field into a broadband squeezed driving field Two, a mirror can obtain quantum entanglement stable. Analysis shows that the role of the media played in the mechanism from the cavity cavity: it will be from the broadband compression driver quantum field obtained compression transfer to the relative momentum of double mirror, which makes the double mirror steady show quantum entanglement of the collective quantum correlation characteristic. Our scheme provides a pre cooling scheme without stable entanglement preparation of mechanical motion system. Finally, the balance of the dynamics in finite temperature balance environment through the study of the quantum harmonic oscillator, we discussed the conditions of establishment of equilibrium statistical physics canomical thermalization from microcosmic point of view. On the basis of statistical physics knowledge of Physics from the micro perspective of ergodic hypothesis and the assessment of the scope of its establishment is the core problem in statistical physics. Previous studies found that any complex system of pure state will be accompanied by open system The regular heating, the results suggest that the establishment of regular heating and study; open system is not always intense. How to understand these inconsistent conclusions? Around this problem, we use dynamic path integral method to study the effects of functional oscillator balance in finite temperature, the results showed that the influence of nature thermalization behavior formation composite system and environment form bound states and non Markoff effect on the balance of the system: the Born Markoff approximation, the system will tend to be the only and the environment has regular hot temperature (the traditional canonical ensemble theory); while in non Markoff dynamics, when there is no bondage state, the system is still tends to be a regular state, but it is completely different from the temperature of the environment; and when the bound state is formed, the equilibrium state of the system will not be described by the regular state. The results of our study not only reveals the traditional system of regular conditions, and to build a bridge of equilibrium statistical physics and non equilibrium statistical dynamics. On the one hand our work contributes to the experimental realization of quantum state manipulation of micro nano structure of the physical system, on the other hand, as the micro foundation from non-equilibrium dynamics study of equilibrium statistical mechanics is established.

【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O413

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本文編號：1549785