量子點光學性質(zhì)及其在量子信息中的應用的實驗研究.pdf

1、量子計算與量子通信，作為一門應用類的學科，是對當今普遍運用的馮￠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，同時由于Shor算法的提出，讓人們看到了量子并行算法的強大力量，使得人們更加對量子信息寄予厚望。量子信息是一個邏輯上的概念，要實現(xiàn)它同樣需要物理載體，具有類原子性質(zhì)的自組

2、織量子點以及被認為是純凈系統(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的光學性質(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，使得自組織量子點具有分立的能級和尖銳的譜線。分立能級又使得它具有有限能級壽命，從而產(chǎn)生單光子。利用單光子我們可以進行一些光子比特的量子信息實驗。本文主要得到以下結(jié)論：
　　 1，InAs/GaAs自組織量子點中存在著天然的激子極化子。
　　 這是一種激子與縱向光學聲

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

4、時間分析儀）又具有精度高的優(yōu)點。并且我們還驗證了即使探測光不完全飽和也可以測得壽命，只不過測量誤差會有所提高。
　　 3，利用稀點法和掩膜法隔離出單個量子點，并獲得單光子源。
　　 從量子點系綜中隔離出單個量子點是構(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譜線。

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

6、的Bell不等式。本文中主要描述了當測量時間點數(shù)目多于三個時，它的拓展方法以及對這些方法的評價標準，并利用光子進行了實驗驗證。
　　 5，對一個純消相位演化的非馬爾科夫性進行了量化測量。
　　 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。我們實驗測量了一個純消相位演化的非馬爾科夫量。在這個演化中一個單量子點發(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和量子通訊的進步都是有意義的。
　　 6，實驗上制備了包含系統(tǒng)-環(huán)境關(guān)聯(lián)的初態(tài)，并在一個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，在量子計算和量子通訊中扮演了相當重要的角色。特別的，決定了一個演化過程（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。我們將量子點樣品發(fā)出的光子送入15米的保偏光纖來