量子點(diǎn)光學(xué)性質(zhì)及其在量子信息中的應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、量子計(jì)算與量子通信，作為一門應(yīng)用類的學(xué)科，是對當(dāng)今普遍運(yùn)用的馮￠諾依曼式經(jīng)典信息架構(gòu)的延伸。這種延伸的必要性在于，隨著人們不斷改進(jìn)技術(shù)，向速度和集成度的極限發(fā)起挑戰(zhàn)，使得馮氏架構(gòu)所依賴的物理載體已經(jīng)逼近了繼續(xù)進(jìn)步的天花板。量子信息的出現(xiàn)正是為了打破這種物理載體上的限制，同時(shí)由于Shor算法的提出，讓人們看到了量子并行算法的強(qiáng)大力量，使得人們更加對量子信息寄予厚望。量子信息是一個(gè)邏輯上的概念，要實(shí)現(xiàn)它同樣需要物理載體，具有類原子性質(zhì)的自組

2、織量子點(diǎn)以及被認(rèn)為是純凈系統(tǒng)的光子都是很好的選擇。我們這里就主要研究自組織量子點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)以及用它來構(gòu)造單光子源。
　　 由于載流子在空間上三維受限，使得自組織量子點(diǎn)具有分立的能級(jí)和尖銳的譜線。分立能級(jí)又使得它具有有限能級(jí)壽命，從而產(chǎn)生單光子。利用單光子我們可以進(jìn)行一些光子比特的量子信息實(shí)驗(yàn)。本文主要得到以下結(jié)論：
　　 1，InAs/GaAs自組織量子點(diǎn)中存在著天然的激子極化子。
　　 這是一種激子與縱向光學(xué)聲

3、子之間的電聲強(qiáng)耦合現(xiàn)象。我們通過改變溫度，使得量子點(diǎn)能級(jí)發(fā)生移動(dòng)，當(dāng)量子點(diǎn)能級(jí)與縱向光學(xué)聲子能量發(fā)生共振時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生類似dressed態(tài)的能級(jí)劈裂，這就是極化子能級(jí)，一個(gè)顯著的標(biāo)志是在溫度-能級(jí)曲線上出現(xiàn)一個(gè)anticrossing。
　　 2，利用飽和法測量了量子點(diǎn)系總的能級(jí)壽命。
　　 飽和法是一種利用量子點(diǎn)的飽和性質(zhì)來測量量子點(diǎn)能級(jí)壽命的方法。它相比于常用的參量上轉(zhuǎn)換法具有操作簡便的優(yōu)點(diǎn)，相比于時(shí)間關(guān)聯(lián)儀器（如皮秒

4、時(shí)間分析儀）又具有精度高的優(yōu)點(diǎn)。并且我們還驗(yàn)證了即使探測光不完全飽和也可以測得壽命，只不過測量誤差會(huì)有所提高。
　　 3，利用稀點(diǎn)法和掩膜法隔離出單個(gè)量子點(diǎn)，并獲得單光子源。
　　 從量子點(diǎn)系綜中隔離出單個(gè)量子點(diǎn)是構(gòu)造單光子源的必備條件之一。我們在各種條件下比較了單量子點(diǎn)的信噪比，這些條件包括：不同的激發(fā)功率、光路中小孔的不同大小、樣品上不同的量子點(diǎn)密度以及不同的溫度。最后在特定的參數(shù)下獲得了信噪比比較高的單量子點(diǎn)譜線。

5、此外，我們還對樣品進(jìn)行了微納米加工，鍍100 nm厚的金膜，然后打微米量級(jí)的通光孔，同樣得到單量子點(diǎn)譜線，并進(jìn)行了驗(yàn)證單光子的Hanbury-Brown-Twiss測試。
　　 4，進(jìn)行了多次測量的時(shí)間域Bell不等式測試。
　　 經(jīng)典的物理實(shí)在論與量子力學(xué)之間的爭論一直都是一個(gè)熱門話題。Leggett-Garg不等式作為其中的一個(gè)焦點(diǎn)問題，與Bell不等式有著諸多相似，它反映了量子力學(xué)在時(shí)間域上非局域性，也被稱作時(shí)間域

6、的Bell不等式。本文中主要描述了當(dāng)測量時(shí)間點(diǎn)數(shù)目多于三個(gè)時(shí)，它的拓展方法以及對這些方法的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并利用光子進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　 5，對一個(gè)純消相位演化的非馬爾科夫性進(jìn)行了量化測量。
　　 非馬爾科夫過程最近成了量子開放系統(tǒng)研究中的中心話題。我們實(shí)驗(yàn)測量了一個(gè)純消相位演化的非馬爾科夫量。在這個(gè)演化中一個(gè)單量子點(diǎn)發(fā)出的光子被送入了一根100米長的保偏光纖中。這種測量方法是用從環(huán)境回流入系統(tǒng)的總信息量來描述的。信息被攜帶

7、在光子的偏振態(tài)中。我們的結(jié)果對非馬爾科夫過程的理解以及對量子存儲(chǔ)和量子通訊的進(jìn)步都是有意義的。
　　 6，實(shí)驗(yàn)上制備了包含系統(tǒng)-環(huán)境關(guān)聯(lián)的初態(tài)，并在一個(gè)用于模擬演化的延遲裝置中見證了這些關(guān)聯(lián)。
　　 多體關(guān)聯(lián)，它不僅僅包含量子糾纏，在量子計(jì)算和量子通訊中扮演了相當(dāng)重要的角色。特別的，決定了一個(gè)演化過程（非）馬爾科夫性質(zhì)的系統(tǒng)-環(huán)境關(guān)聯(lián)，在量子開放系統(tǒng)的研究中引起了很大興趣。我們將量子點(diǎn)樣品發(fā)出的光子送入15米的保偏光纖來