多通道的單光子輸運(yùn)和路由研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科技對(duì)量子信息的持續(xù)關(guān)注，基于量子網(wǎng)絡(luò)的量子通信和量子計(jì)算得到迅速發(fā)展。眾所周知，量子網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)上由兩部分組成，即量子通道和量子結(jié)點(diǎn)。其中，量子通道主要負(fù)責(zé)信息的傳輸，量子結(jié)點(diǎn)則負(fù)責(zé)連接在不同量子通道中的量子信息和控制量子信息被接收到理想的地址。顯然，這里必須要有一個(gè)合適的信息載體，由于光子屬于中性粒子，光子與光子之間沒有直接的耦合而且它們與大多數(shù)物質(zhì)之間也不產(chǎn)生強(qiáng)的相互作用，它們?cè)诳臻g或介質(zhì)中通常是以光速長(zhǎng)距離、低損耗的傳輸，

2、因此它們便成為攜帶量子信息的最理想載體之一。在有了合適的載體之后，操控單光子就成為量子網(wǎng)絡(luò)中研究的重要問題。大多操控單光子的模型是利用腔量子電動(dòng)力學(xué)(CQED)，通過控制原子與腔之間的相互作用，從而實(shí)現(xiàn)單光子的可控傳輸。
　　最近，科研工作者不僅在理論上，也在實(shí)驗(yàn)上對(duì)單光子傳輸和路由進(jìn)行了大量研究。然而大多數(shù)研究中的量子通道都屬于單量子通道，換句話說，量子通道僅僅包含一個(gè)輸入端和輸出端。但是復(fù)雜的量子網(wǎng)絡(luò)不可能僅僅包含一個(gè)輸出通道

3、。因此多通道量子路由更值得人們研究。現(xiàn)在也有一些關(guān)于多通道的單光子量子路由的研究，比如，一個(gè)循環(huán)的三能級(jí)系統(tǒng)嵌入在由兩個(gè)一維耦合諧振波導(dǎo)(1D CRW)組成的多量子通道中的量子路由。然而這些研究的模型都存在額外的經(jīng)典場(chǎng)，顯然在這種情況下，光子存在耗散。而本文探究了在沒有施加額外經(jīng)典場(chǎng)情況下的單光子輸運(yùn)和路由。
　　本文分為四章。第1章論述了論文的研究背景，簡(jiǎn)單闡述了單光子傳輸和操控對(duì)量子信息的影響及其作用，論文的研究目的和主要內(nèi)容

4、等;
　　第2章介紹了在論文研究部分所用到的基本理論，包括腔量子電動(dòng)力學(xué)的基本概念和動(dòng)力學(xué)，散射的基本理論和量子力學(xué)的處理方法，并以一個(gè)二能級(jí)原子嵌在一維耦合諧振波導(dǎo)中為例，介紹單光子散射的處理方法;
　　第3章主要研究單光子在多量子通道中的傳輸和路由問題。我們選取兩個(gè)嵌入在由兩個(gè)一維耦合諧振波導(dǎo)(1 DC RWs)組成的多通道中的二能級(jí)原子，并考慮兩個(gè)二能級(jí)原子間存在偶極-偶極相互作用的情形，分析了單光子的散射性質(zhì)，如透射