固态量子信息的腔量子电动力学研究

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量子计算和量子信息处理研究量子叠加性原理和量子纠缠,是一门对量子信息进行制备,传输,存储,控制和读取的交叉学科。它可以完成经典信息操作无法完成或很难完成的许多任务。其潜在的巨大应用引发了过去十几年来人们对量子计算和量子信息理论和试验的研究。现今,可以在不同的物理体系中实现量子信息的操纵,如核磁共振,线性光学,离子阱,量子点,超导线路中的约瑟夫森结,腔量子电动力学等。每种方案各有优缺点,很难说哪种体系更有前途,但就目前而言,由于腔量子电动力学可以提供一个获得纠缠态的量子信息操纵的近乎理想的平台,被认为是最有前途的方案之一。这也是本论文从事腔量子电动力学量子信息研究的主要动机来源。   本论文致力于研究可实现腔量子电动力学量子信息的一个基本固件的性质以及在此体系上的一些量子特性,包括四章内容。   第一章简要介绍了固体微强和量子电动力学的背景知识。为了对固态量子信息所需的物理载体-固态微腔-有个比较基本的了解,我们在此主要介绍了固态微腔的一些性质和其在量子信息中的简单应用。为了对腔量子电动力学有个初步的理解,我们首先考虑了原子和光场的相互作用,然后讨论了强耦合,弱耦合的定义。   第二章主要理论研究了微腔-量子点单侧耦合光纤体系在不同条件下的光学传输特性以及光场的二阶相关函数的演化特性,对这方面研究将使我们对这一固体量子基本器件单元的性质有个初步的认识。   在第三章中,我们主要研究了微腔耦合量子点体系中双模腔场的纠缠度随时间在不同条件下的演化,包括腔场在不同初态,不同腔场耦合强度以及不同驱动场强度等因素对纠缠度的影响的研究分析。   在第四章中,首先用腔量子电动力学理论分析了与微腔单侧耦合光波导系统的光学传输特性以及反射波与入射波的位相关系。在此研究基础上提出了一种全光开关,同时还详细地分析了信号光的透射率与微腔数目以及微腔耗散系数的关系,这为进一步优化设计制造此类型光开关提供了理论依据。
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