半導(dǎo)體自組織量子點(diǎn)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(diǎn)由于能級(jí)結(jié)構(gòu)和單個(gè)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(duì)簡單。因而半導(dǎo)體自組織量子點(diǎn)成為一個(gè)在量子信息中非常有應(yīng)用前景的固體體系。研究量子點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)，一方面可以探索量子點(diǎn)內(nèi)部能級(jí)結(jié)構(gòu)和載流子弛豫的信息，從而了解如何把量子點(diǎn)構(gòu)造成為量子計(jì)算中的單個(gè)量子比特。另一方面，利用量子點(diǎn)發(fā)出的單光子或糾纏光子對(duì)，可以用來傳輸單個(gè)比特的量子信息

2、。因此本人將半導(dǎo)體自組織量子點(diǎn)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(shí)還涉及了半導(dǎo)體自組織量子點(diǎn)一些生長知識(shí)和固體物理性質(zhì)。本論文所取得的成果主要有：
　　 1.從實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)了量子點(diǎn)系綜中的聲子-激子強(qiáng)耦合現(xiàn)象，并且給出了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和理論解釋。我們發(fā)現(xiàn)在某些特定的溫度下，量子點(diǎn)系綜的載流子馳豫會(huì)和聲子相互結(jié)合起來，產(chǎn)生一個(gè)新的弛豫窗口，從熒光譜上看會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低于原先s殼層發(fā)光峰一個(gè)聲子能量的新發(fā)光峰。并

3、且兩個(gè)峰之間的相對(duì)強(qiáng)度會(huì)隨著溫度改變，直到最后，幾乎所有的載流子都通過這個(gè)新窗口弛豫。我們提出了一種全新測量量子點(diǎn)能級(jí)壽命的方法，利用這種方法從能級(jí)壽命的角度驗(yàn)證了聲子-激子之間的強(qiáng)耦合的存在。
　　 2.我們從量子點(diǎn)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(diǎn)單光子源實(shí)現(xiàn)量子隨機(jī)行走算法的實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(diǎn)發(fā)射單光子在效率和時(shí)間可控性上都非常優(yōu)秀，我們提出用其來作為量子隨機(jī)行走中的行走比特載體，實(shí)現(xiàn)了可擴(kuò)展的量子隨機(jī)行走算法。
　　 3.利用量子點(diǎn)雙激子級(jí)聯(lián)發(fā)射的路徑相干性和精細(xì)結(jié)構(gòu)的存在，我們提出了產(chǎn)生多維糾纏光子對(duì)的實(shí)驗(yàn)方案。這個(gè)方案把在其他利用量子點(diǎn)產(chǎn)生糾纏的方案中致命的精細(xì)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(shí)現(xiàn)了在量子信息中性能更強(qiáng)大的多維糾纏態(tài)。
　　 4.實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了