本文關鍵詞：基于量子點的高品質(zhì)單光子源和相干性質(zhì)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：單光子和糾纏光子源在量子信息領域中有著重要的作用,比如量子密鑰分發(fā)、線性光學量子計算。量子點又被稱為人造原子,是一種納米結(jié)構(gòu)材料,能夠囚禁電子和空穴,具有分立的能級結(jié)構(gòu),可用于產(chǎn)生單光子和糾纏光子對。本文主要研究基于In(Ga)As/GaAs自組裝半導體量子點的單光子源實現(xiàn)。自組裝半導體量子點不僅具有優(yōu)秀的光學性質(zhì),能夠產(chǎn)生線寬接近傅里葉變化極限的不可分辨的單光子；同時,利用半導體異質(zhì)結(jié)和后生長處理技術(shù),能夠調(diào)控量子點和光的相互作用強度以及控制量子點的帶電狀態(tài)。 我們在實驗上發(fā)展了共振熒光技術(shù),并結(jié)合頻率濾波,實現(xiàn)了高純度高質(zhì)量的確定性單光子源。二階關聯(lián)測量實驗表明多光子概率只有1.2%,雙光子干涉實驗顯示單光子的不可分辨性達到了97%,遠大于帶上(非共振)激發(fā)方式所獲得的70%全同性的單光子。在此基礎上,我們通過絕熱快速通道的途徑,用啁啾脈沖來激發(fā)量子點的帶電激子態(tài),實現(xiàn)了在低溫條件下,激發(fā)態(tài)的布居數(shù)與激發(fā)功率無關,獲得了魯棒性的量子點單光子源。用此方法產(chǎn)生的單光子二階關聯(lián)函數(shù)小于0.3%,光子全同性優(yōu)于97.9%,這種穩(wěn)定的高品質(zhì)的單光子源可以用于量子計算,如產(chǎn)生多光子糾纏態(tài)。 此外,我們還在實驗上系統(tǒng)地研究了溫度對量子點相干性質(zhì)的影響。要實現(xiàn)基于量子點體系的量子信息處理和量子通訊,保持其量子態(tài)的相干性是非常重要的,量子操控的保真度和量子干涉的對比度都依賴于量子系統(tǒng)在長時間內(nèi)保持相干性質(zhì)的能力。量子點的相干性質(zhì)會受到環(huán)境聲子散射的影響,導致激發(fā)態(tài)的退相干和譜線加寬。我們通過測量在不同溫度下Mollow三重譜的邊帶線寬,發(fā)現(xiàn)了由于量子點和聲子的相互作用導致拉比頻率重整化,使得有效拉比頻率-邊帶的劈裂與溫度有關；我們還首次觀測到量子點共振熒光線寬幾乎不隨著溫度變化,此發(fā)現(xiàn)對于量子點在量子信息領域應用中的有著重要意義。
【關鍵詞】：量子點 單光子 共振熒光 不可分辨性 絕熱快速通道 魯棒性 溫 度 拉比頻率重整化
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O471.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 目錄9-12
• 插圖12-15
• 第一章 緒論15-23
• 1.1 量子比特和量子糾纏15-18
• 1.1.1 量子比特15-17
• 1.1.2 量子糾纏17-18
• 1.2 半導體量子點在量子信息領域的應用18-20
• 1.2.1 量子點單光子源19-20
• 1.2.2 量子點電子自旋20
• 1.3 論文結(jié)構(gòu)20-23
• 第二章 自組裝半導體量子點23-37
• 2.1 自組裝半導體量子點的生長23-24
• 2.2 自組裝半導體量子點的能級結(jié)構(gòu)24-30
• 2.2.1 中性激子態(tài)25-27
• 2.2.2 帶負電激子態(tài)27-29
• 2.2.3 雙激子態(tài)29-30
• 2.3 微腔中的量子點30-32
• 2.4 納米線量子點32-35
• 2.5 小結(jié)35-37
• 第三章 基于半導體量子點的確定性單光子源37-61
• 3.1 量子點樣品結(jié)構(gòu)和低溫實驗裝置38-39
• 3.2 量子點和光相互作用理論39-47
• 3.2.1 量子點和單模光場相互作用半經(jīng)典理論39-42
• 3.2.2 共振熒光譜42-47
• 3.3 連續(xù)激發(fā)下的量子點熒光光譜47-50
• 3.3.1 非共振連續(xù)激發(fā)47-48
• 3.3.2 共振連續(xù)激發(fā)48-50
• 3.4 確定性的量子點單光子產(chǎn)生50-55
• 3.4.1 多重濾波技術(shù)50-51
• 3.4.2 脈沖單光子性質(zhì)51-52
• 3.4.3 雙光子干涉52-55
• 3.5 量子受控非門的演示55-59
• 3.5.1 量子受控非門56-58
• 3.5.2 實驗結(jié)果58-59
• 3.6 小結(jié)59-61
• 第四章 確定性和魯棒性的半導體量子點單光子源61-77
• 4.1 絕熱快速通道62-67
• 4.1.1 用拉比旋轉(zhuǎn)的方法實現(xiàn)布居反轉(zhuǎn)62-63
• 4.1.2 絕熱快速通道原理63-65
• 4.1.3 啁啾脈沖的產(chǎn)生65-67
• 4.2 魯棒性的量子點單光子源67-75
• 4.2.1 絕熱快速通道在量子點系統(tǒng)中的實現(xiàn)67-71
• 4.2.2 魯棒性的光子產(chǎn)生71
• 4.2.3 單光子的性質(zhì)71-75
• 4.3 小結(jié)75-77
• 第五章 量子點相干性質(zhì)和溫度的關系77-91
• 5.1 理論模型78-83
• 5.1.1 弱耦合模型78-79
• 5.1.2 極子變換79-80
• 5.1.3 主方程推導80-83
• 5.2 共振熒光譜線性質(zhì)與激發(fā)功率的關系83-86
• 5.2.1 實驗裝置和量子點能級結(jié)構(gòu)83
• 5.2.2 共振熒光譜線和激發(fā)功率的關系83-86
• 5.3 量子點相干性質(zhì)和溫度的關系86-89
• 5.3.1 共振熒光譜線和溫度的關系86-88
• 5.3.2 量子點和聲子相互作用的物理圖像88-89
• 5.4 小結(jié)89-91
• 第六章 結(jié)論和展望91-93
• 參考文獻93-103
• 致謝103-105
• 在讀博士期間取得的研究成果105-106

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 李星星;蔣美萍;朱賢方;蘇江濱;;圖案化金屬銅膜的SIAD法自組裝制備[J];科學通報;2013年18期

2 孫丙西;武雪飛;竇秀明;丁琨;孫寶權(quán);;流體靜壓原位調(diào)節(jié)單量子點中單雙激子能量及精細結(jié)構(gòu)劈裂[J];河北科技師范學院學報;2014年04期

3 何玉明;魏宇佳;賀煜;熊飛雷;陳凱;趙勇;陸朝陽;;基于半導體量子點的單光子源:原理、實現(xiàn)和前景[J];中國科學:信息科學;2014年03期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 龔亮;量子點結(jié)構(gòu)與微波燒結(jié)粉體ZnO的數(shù)值模擬研究[D];南開大學;2013年

2 何玉明;高品質(zhì)量子點單光子源和自旋光子界面[D];中國科學技術(shù)大學;2014年

3 任祺君;基于腔量子電動力學的單個量子點與微腔的耦合與調(diào)控研究[D];復旦大學;2010年

4 黃暉;聲子庫對受驅(qū)量子點系統(tǒng)中光場非經(jīng)典性質(zhì)的影響[D];華中師范大學;2014年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 朱孟龍;CdTe量子點的自旋弛豫動力學研究[D];中南大學;2013年

2 江慧;聲子庫對非共振微腔中兩個不同量子點間耦合性質(zhì)的影響[D];華中師范大學;2014年

3 趙紹明;耦合量子點系統(tǒng)中機械振子的壓縮[D];華中師范大學;2014年

  本文關鍵詞：基于量子點的高品質(zhì)單光子源和相干性質(zhì)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：423353