發(fā)布時間：2021-09-02 04:31

　　隨著量子信息技術(shù)的不斷發(fā)展,在量子保密通信領(lǐng)域中,我國已經(jīng)完成了“京滬干線”等城際量子通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè),“墨子”號衛(wèi)星的發(fā)射以及實驗;在量子計算領(lǐng)域中,科研人員已經(jīng)研制出多達72量子比特的原型機。盡管有這些振奮的成績,量子信息技術(shù)依然任重道遠。設(shè)備無關(guān)的量子密鑰分發(fā)尚未實驗成功,移動終端的量子保密通信依然在研究階段,“量子霸權(quán)”尚未實現(xiàn),量子計算機的實用化、商業(yè)化依然任重道遠。其中的一個原因是使用的很多器件不完美、達不到理論要求。糾纏光源和單光子探測器是量子信息中的兩個關(guān)鍵器件,其性能的好壞關(guān)系著整個量子信息系統(tǒng)性能的好壞。集成化的糾纏光源具有更好的穩(wěn)定性、易于調(diào)整的結(jié)構(gòu)、較小的系統(tǒng)尺寸等優(yōu)勢,是當(dāng)前的一個熱門研究方向。本文針對集成化的糾纏光源產(chǎn)生和單光子探測器進行理論和實驗研究。主要完成了以下幾方面的工作:1、對布拉格反射波導(dǎo)進行優(yōu)化設(shè)計,并分析其在量子光學(xué)應(yīng)用中的性能表現(xiàn)。我們首先使用一種半自動的在一維結(jié)構(gòu)中求解波導(dǎo)本征模式的方法,實現(xiàn)從眾多光波模式中找到所需要的光波模式,計算出所關(guān)注的色散、重疊度等特征。其次我們設(shè)計模擬退火算法計算出使波導(dǎo)性能達到最優(yōu)的波導(dǎo)參數(shù)。再次我們使用二維仿真... 

【文章來源】：國防科技大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：133 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

將量子點、波導(dǎo)、和單光子探測器集成在一起的GaAs平臺[53]

國防科技大學(xué)研究生院博士學(xué)位論文圖2.6GaAs晶胞結(jié)構(gòu)圖，綠色球體代表鎵（Ga）原子，藍色球體代表砷（As）原子。AlOxGaAsAlGaAs0.70.3AlGaAs0.70.3（a）（b）圖2.7人工雙折射相位匹配結(jié)構(gòu)[61]。（a）中不同的顏色代表不同的物質(zhì)，（b）為電子掃描顯微鏡拍的照片。光學(xué)非線性。Index1.52.03.52.53.01.52.01.02.53.00.5Depth(um)Intensity(a.u.)0312AlGaAs0.70.3claddingAlGaAs0.70.3claddingGaAs/Aloxcore圖2.8折射率剖面圖和光波模式圖[61]。藍色實線為2.128μm的TE00模式，紅色虛線為1.064μm的TM00模式。圖2.7所示的是在Al0.7Ga0.3As層中植入五層AlOx，光波模式就在這些第25頁

國防科技大學(xué)研究生院博士學(xué)位論文其中η1和η2分別是探測器D1和D2的探測效率。當(dāng)τ2Tτ1時，經(jīng)過一系列的運算可以得到：Rc=14R0cos2(′1′2),(2.59)其中′1=1/2，′2=(2+ET/)/2，E=E1E3，E1和E3則分別是態(tài)ψ1和ψ3的能量，R0是移除了半透鏡M1、M2、M′1和M′2后探測器D1和D2之間的符合計數(shù)。從式（2.59）可知，探測器D1和D2之間的符合計數(shù)可由相位1和2控制而實現(xiàn)正相關(guān)和反相關(guān)。這個符合計數(shù)Rc的形式和偏振編碼實驗的形式一樣，因此也是能夠違反貝爾不等式的，實現(xiàn)糾纏。該能量-時間糾纏方案提出后，在1998年N.Gisin組首次實現(xiàn)了能量-時間方案的光子對干涉。在相距10公里時得到81.6%的干涉可見度[82]。隨后在同一年，他們組又進行了能量-時間方案的貝爾不等式測量，得到95.5%干涉可見度，以及貝爾參數(shù)S=2.92±0.18，違反貝爾不等式達到5.1個標準差[83]。由于該能量-時間糾纏方案需要光子對的相干時間大于干涉儀不等臂路徑差的時間，這對光源提出了很大的要求。1999年H.Zbinden等人提出脈沖形式的能量-時間糾纏光子對，也即現(xiàn)在稱之為的time-bin糾纏光子對，如圖2.20所示。該方案與N.Gisin等人實現(xiàn)的能量-時間糾纏方案最大的區(qū)別就是該方案采用脈沖圖2.20time-bin糾纏方案，包含三個不等臂干涉儀，泵浦光采用脈沖激光，圖片來源于文獻[81]。第37頁

【參考文獻】：
期刊論文
[1]NbN superconducting nanowire single photon detector with efficiency over 90% at 1550 nm wavelength operational at compact cryocooler temperature[J]. WeiJun Zhang,LiXing You,Hao Li,Jia Huang,ChaoLin Lv,Lu Zhang,XiaoYu Liu,JunJie Wu,Zhen Wang,XiaoMing Xie.  Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2017(12)
[2]Time-Bin Phase-Encoding Measurement-Device-Independent Quantum Key Distribution with Four Single-Photon Detectors[J]. 唐光召,孫仕海,陳歡,李春燕,梁林梅.  Chinese Physics Letters. 2016(12)



本文編號：3378315