半導(dǎo)體自組織量子點的光學(xué)性質(zhì)和其在量子信息中的應(yīng)用.pdf

1、半導(dǎo)體自組織量子點由于能級結(jié)構(gòu)和單個原子的類似性，有很多和原子相近的光學(xué)性質(zhì)和量子效應(yīng)。而且由于它的穩(wěn)定性和與現(xiàn)代半導(dǎo)體器件設(shè)備的兼容，使得它的制備和操作變得相對簡單。因而半導(dǎo)體自組織量子點成為一個在量子信息中非常有應(yīng)用前景的固體體系。研究量子點的光學(xué)性質(zhì)，一方面可以探索量子點內(nèi)部能級結(jié)構(gòu)和載流子弛豫的信息，從而了解如何把量子點構(gòu)造成為量子計算中的單個量子比特。另一方面，利用量子點發(fā)出的單光子或糾纏光子對，可以用來傳輸單個比特的量子信息

2、。因此本人將半導(dǎo)體自組織量子點的光學(xué)性質(zhì)和其在量子信息中的應(yīng)用作為博士論文的研究課題。同時還涉及了半導(dǎo)體自組織量子點一些生長知識和固體物理性質(zhì)。本論文所取得的成果主要有：
　　 1.從實驗上發(fā)現(xiàn)了量子點系綜中的聲子-激子強耦合現(xiàn)象，并且給出了進一步的實驗驗證和理論解釋。我們發(fā)現(xiàn)在某些特定的溫度下，量子點系綜的載流子馳豫會和聲子相互結(jié)合起來，產(chǎn)生一個新的弛豫窗口，從熒光譜上看會產(chǎn)生一個低于原先s殼層發(fā)光峰一個聲子能量的新發(fā)光峰。并

3、且兩個峰之間的相對強度會隨著溫度改變，直到最后，幾乎所有的載流子都通過這個新窗口弛豫。我們提出了一種全新測量量子點能級壽命的方法，利用這種方法從能級壽命的角度驗證了聲子-激子之間的強耦合的存在。
　　 2.我們從量子點的單光子性質(zhì)出發(fā)，研究了其作為單光子源的可行性，并提出了利用量子點單光子源實現(xiàn)量子隨機行走算法的實驗方案。單光子由于可攜帶相干的量子信息，并在空間中能基本無消相干的進行傳輸，成為了傳輸和構(gòu)造量子態(tài)的重要工具。由于激

4、光激發(fā)量子點發(fā)射單光子在效率和時間可控性上都非常優(yōu)秀，我們提出用其來作為量子隨機行走中的行走比特載體，實現(xiàn)了可擴展的量子隨機行走算法。
　　 3.利用量子點雙激子級聯(lián)發(fā)射的路徑相干性和精細結(jié)構(gòu)的存在，我們提出了產(chǎn)生多維糾纏光子對的實驗方案。這個方案把在其他利用量子點產(chǎn)生糾纏的方案中致命的精細結(jié)構(gòu)劈裂加以應(yīng)用，除了偏振維度外，讓光子在能量維度也糾纏起來，從而實現(xiàn)了在量子信息中性能更強大的多維糾纏態(tài)。
　　 4.實驗上驗證了