（凝聚态物理专业论文）量子态的制备和重构以及量子点系统中的慢光研究.pdf

：海交通大学博l ：学位论文 量子态的制备和重构以及量子点系统中的慢光研究 摘要 本论文研究的内容包括两个大的方面的主题，第一部分内容是量 子态双模w i g n e r 函数的重构，两原子的最大纠缠态，腔场的纠缠相 干态，两激子的最大纠缠态以及三激子的态的制备。第二部分是在 非对称的双量子点中电压调控的慢光效应。主要研究成果包括： 1 态矢量及其表示不能直接测量，因此人们希望能通过一些可 观澳i 量来重构态矢量或它的某种表示。本文中研究了在两个腔中的双 模量子态w i g n e r 函数重构的方案。得到了双模腔场w i g n e r 函数与原 子布居数之间的一个简单关系，幂用微脉塞测量原子的布居数，进行 一个简单的数值积分，我们就可以得到腔场的双模w i g n e r 函数。 2 量子纠缠态的制备是量子信息科学中的一个重要课题，它可 用于检验量子力学的基本原理，而且也是实现量子通信的重要的量子 信道。本文中研究了在空间上分开的两个原子纠缠态的制备。得到了 利用单光子干涉的方法，而不是通过两个原子相互作用演化得到两个 原子的最大纠缠态。与类似采用光子干涉方法得到原子纠缠的方案相 比，我们的方案具有以下两个方面的优点：首先，不需要两个单光子 探测器同时探测到光子。其次，采用了自动反馈的方法大大提高了成 功的几率。然后又研究了利用纠缠交换的方法，实现远距离的原子厨 纠缠的方案。这个方案是建立在当前腔q e d 技术的基础上。目前这 个方案可以作为一种选择来组建量子通信的量子网络。 卜海交通大学博1 1 学位论文摘要 3 研究了连续变量纠缠态的制备。首先考虑了三个二能级原子 分别与三个相同的腔场大失谐色散的相互作用，得到了三个腔场的 型纠缠相干态。然后又研究了一个a 型的三能级原子和单模腔场相互 作用，同时受到一个外加经典场的驱动，利用该相互作用我们可以制 各腔场的相干态以及多种宏观可区分态的叠加形式。 4 研究了在多量子点的腔q e d 系统里的激子动力学。首先，我 们从理论上研究了激子声子相互作用对单模腔中两耦合量子点、三耦 合量子点的影响，主要考虑了两量子点之间的静态的激子激子偶极相 互作用与动态的f 6 r s t e r 相互作用。通过探测从腔内泄漏的光子数来 制各激予的最大纠缠b e l l 态和w 态。数值计算结果表明，激子声子 相互作用、静态的偶极一偶极相互作用都会降低纠缠态产生的几率， 而动态的f i j r s t e r 相互作用会增加产生纠缠态的几率。我们的研究结 果对以固体量子点为基础的腔q e d 系统实现激子的纠缠提供了一种 方案。 5 研究了在非对称的双量子点中电压调控的慢光效应。在非对 称的双量子点中我们考虑横向耦合和纵向耦合两种耦合方式，利用双 量子点中电子的隧穿率代替e i t 中的控制光，在双量子点系统中得到 了类似原子系统的e i t 现象。理论分析了在不同消位相展宽情形下， 群速度减慢因子与电子隧穿率之间的关系，采用可行性的参数，数值 计算结果表明在双量子点系统中的群速度可以降到很低。 关键词：量子态重构，量子纠缠，态，激子声子相互作用，量子点， 慢光 t t p r e p a r a t i o na n dr e c o n s t r u c t i o no f q u a n t u ms t a t e s ，a n ds l o wl i g h te f f e c t si n q u a n t u md o t s a b s t r a c t t h i sd i s s e r t a t i o ni sc o n c e r n e dw i t ht w or e s e a r c hf i e l d s t h ef i r s tp a r t i n v o l v e sr e c o n s t r u c t i o no ft h et w o m o d ew i g n e rf u n c t i o no fq u a n t u m s t a t e ，t h em a x i m u me n t a n g l e ds t a t eo ft w oa t o m s ，t h ee n t a n g l e dc o h e r e n t s t a t eo fc a v i t yf i e l d s ，t h em a x i m u m e n t a n g l e d s t a t eo ft w oe x c i t o n sa n d t h ews t a t eo ft h r e ee x c i t o n s t h es e c o n dp a r ti n v o l v e sv o l t a g ec o n t r o l l e d s l o wl i g h te f f e c t si na s y m m e t r yd o u b l eq u a n t u md o t s ( q d s ) t h em a i n r e s u l t so ft h i sd i s s e r t a t i o na r ea sf o l l o w s 1 t h es t a t ev e c t o ro ri t sr e p r e s e n t a t i o n sc a n n o tb em e a s u r e d d i r e c t l y t h e r e f o r e ，i ti sd e s i r a b l et or e c o n s t r u c tt h e mf r o mm e a s u r a b l e q u a n t i t i e s w es u g g e s tas c h e m ef o rr e c o n s t r u c t i n gt h ew i g n e r f u n c t i o n o ft w o m o d ef i e l d s w ef i n dt h a tt h e r ei sa s i m p l e r e l a t i o nb e t w e e nt h ew i g n e rf u n c t i o no ft h ec a v i t yf i e l d sa n dt h e a t o m i c p o p u l a t i o n s o n ec a no b t a i nt h ew i g n e rf u n c t i o nb y m e a s u r i n g t h ea t o m i c p o p u l a t i o n s w i t ham i c r o m a s e r 1 i k e e x p e r i m e n ta n dd o i n gan u m e r i c a li n t e g r a l 2 - t h ep r e p a r a t i o no fe n t a n g l e ds t a t e si so n eo ft h e i m p o r t a n t r e s e a r c hs u b j e c t si nq u a n t u mi n f o r m a t i o ns c i e n c e i tc a nb eu s e d 1 t i 上 f q = 交通人学博l ! 学位论文a b s t r a c t i nt e s t i n gb a s i sp r i n c i p l e so fq u a n t u mm e c h a n i c s i tc a na l s ob e u s e da st h e i m p o r t a n tq u a n t u m c h a n n e l sf o r q u a n t u m c o m m u n i c a t i o n w ep r o p o s eas c h e m et og e n e r a t et h ee n t a n g l e d s t a t eo ft w oa t o m st r a p p e d i ns p a t i a l l y s e p a r a t e dc a v i t i e sv i a s i n g l ep h o t o ni n t e r f e r e n c er a t h e rt h a np r o d u c e db ya ne f f e c t i v e i n t e r a c t i o nb e t w e e nt h e a t o m s c o m p a r e d w i t ht h e e x i s t i n g p r o p o s a l sv i ap h o t o ni n t e r f e r e n c e ，o u rs c h e m eh a st w oa d v a n t a g e s ： f i r s t l y , i td o e sn o tr e q u i r et h es i m u l t a n e o u sg e n e r a t i o no ft w o p h o t o n s s e c o n d l y , w i t ht h eu s eo fa na u t o m a t i cf e e d b a c k ，t h e p r o b a b i l i t yo fs u c c e s s i sr a i s e dr e m a r k a b l y s u b s e q u e n t l y , w e p r o p o s e das c h e m ef o rr e a l i z i n gt h ee n t a n g l e m e n ts w a p p i n gw i t h a t o m ss e p a r a t e db yl o n gd i s t a n c ev i ao p t i c a lf i b e r t h es c h e m ei s b a s e do nc u r r e n tc a v i t yq e d t e c h n i q u e t h ep r e s e n ts c h e m em a y b e c o m ea na l t e r n a t i v et oc u r r e n tm e t h o d st oc o n s t r u c tq u a n t u m n e t w o r k sf o rq u a n t u mc o m m u n i c a t i o n 3 w eh a v es t u d i e dt h e e n t a n g l e m e n tg e n e r a t i o n i nc o n t i n u o u s v a r i a b l e w ec o n s i d e ra s y s t e m o ft h r e et w o - l e v e la t o m s i n t e r a c t i n gw i t h t h r e ei d e n t i c a lc a v i t i e sw i t h l a r g ed e t u n i n g s ， r e s p e c t i v e l y w ec a np r e p a r et h et h r e e - c a v i t yw - t y p ee n t a n g l e d c o h e r e n ts t a t e s u b s e q u e n t l y , w ec o n s i d e ra a t y p et h r e e - l e v e l a t o mi n t e r a c t i n gw i t ha s i n g l em o d eo fc a v i t yf i e l d as t r o n ga n d c l a s s i c a lf i e l di n t e r a c t sd i r e c t l yw i t ha na t o mp a s s i n gt h r o u g ht h e i v 卜海交通人学博1 j 学位论文 a b s t r a c t c a v i t y u s i n gt h i si n t e r a c t i o nw ec a ng e n e r a t ec o h e r e n ts t a t e so f t h e c a v i t y f i e l da n dv a r i o u sf o r m so f s u p e r p o s i t i o n s o f m a c r o s c o p i c a l l yd i s t i n c ts t a t e s 4 w eh a v es t u d i e dt h ee x c i t o nd y n a m i c si nm u l t i p l eq d sc a v i t y q e ds y s t e m s f i r s t l y , w et h e o r e t i c a l l yi n v e s t i g a t et h ei n f l u e n c eo f t h ee x c i t o n p h o n o ni n t e r a c t i o no nt w oc o u p l i n gq d sa n dt h r e e c o u p l i n gq d s w i t h i na s i n g l e - m o d ec a v i t y t h ec o u p l i n g s b e t w e e nt w oq d s ，i e t h es t a t i ce x c i t o n e x c i t o nd i p o l ei n t e r a c t i o n a n dt h ef 6 r s t e ri n t e r a c t i o na r et a k e ni n t oc o n s i d e r a t i o n t h e m a x i m a l l ye m a n g l e db e l la n dws t a t e s o ft h ee x c i t o n sc a nb e g e n e r a t e d v i a d e t e c t i n gt h ep h o t o n sl e a k i n g o u to f c a v i t y n u m e r i c a lr e s u l t ss h o wt h ee x c i t o n p h o n o na n de x c i t o n e x c i t o n d i p o l e i n t e r a c t i o n sc a nr e d u c et h e p r o b a b i l i t y o f g e n e r a t i n g e n t a n g l e m e n ta n df i i r s t e r i n t e r a c t i o nc a nr a i s et h ep r o b a b i l i t y t h er e s u l t sa r ee x p e c t e dt ob eu s e f u li ne x p l o i t i n gt h er e a l i z a t i o n s o fe n t a n g l e m e n t 、i nq d sc a v i t yq e d s y s t e m s 5 w eh a v ei n v e s t i g a t e dt h ev o l t a g ec o n t r o l l e ds l o wl i g h te f f e c t si n a s y m m e t r yd o u b l eq d s w ec o n s i d e rt h et w oc o u p l i n g si nd o u b l e q d s ，i e ，v e r t i c a l c o u p l i n g a n dl a t e r a l c o u p l i n g t u n n e l i n g i n d u c e dt r a n s p a r e n c yi n c o u p l e dd o u b l eq d su s i n gt u n n e l i n g i n s t e a do fp u m pl a s e r ，a n a l o g o u st oe l e c t r o m a g n e t i c a l l yi n d u c e d t r a n s p a r e n c yi na t o m i cs y s t e m s ，i so b t a i n e d t h eg r o u pv e l o c i t y v 海交通大学博士学位论文a l a s t t a c t s l o w - d o w nf a c t o ri s t h e o r e t i c a l l ya n a l y z e d a saf u n c t i o no f e l e c t r o nt u n n e l i n ga td i f f e r e n tb r o a d e n e dl i n e w i d t h s w i t hf e a s i b l e p a r a m e t e r s ，n u m e r i c a lc a l c u l a t i o ni n f e r st h a tg r o u pv e l o c i t yc a n b es l o w e dd o w n v e r yl o w k e y w o r d s ：q u a n t u ms t a t er e c o n s t r u c t i o n ，q u a n t u me n t a n g l e m e n t ，w s t a t e ，e x c i t o n p h o n o ni n t e r a c t i o n ，q u a n t u md o t ，s l o wl i g h t v i 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 彳日骼叫 铄 1 签 u l 椭 年 文 扩 蚊 ! ： 位 期 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密 ，函 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位敝储繇彰稍艚撕躲钟伪 日期：7 ， 年 7 月么日 日期：? 。7 年7 月7 日 i 海交通人学博1 学位论文第一章 第一章绪论 1 1 量子态的测量、重构的研究背景 量子态的测量和重构有着多方面的重要意义，因而多年来一直是物理学中的 一个非常活跃的研究领域【i i 。众所周知，一个量子态的密度算符或它的某种表 示( 例如，密度矩阵、g l a u b e r - s u d a r s h a np 表示、q 函数、w i g n e r 函数等) 携 带着该量子态的所有信息。换句话说，一个量子态的所有性质都可以由它的密度 算符或它的某种表示得到。因此，如何测量量子态的密度算符或它的表示就成为 一个非常重要的科学1 司题。 近年来人们对重构电磁场的量子态提出了许多理论方案 i - 1 4 1 。对行波场，重 构方案包括光学零拍层析法 5 - 6 j 和光子计数法1 7 1 。对腔场，重构方案包括非线性 原子零拍探测法 8 1 、量子态内窥法吲和原子偏转技术等 1 0 - 1 4 | 。在实验方面， s m i t h e y 等人利用光学零拍层析法重构了电磁场的真空态和压缩态的w i g n e r 函数。不久，b r e i t e n b a c h 等人【1 6 i 和s c h i l l e r 等人用同样的方法重构了电磁场的 真空态和压缩态的w i g n e r 函数和密度矩阵。b a n a s z e k 等人i ”i 利用光子计数技术 测量了真空态和相干态的w i g n e r 函数。真空态、相干态和压缩态的w i e n e r 函数 在位相空间处处为非负值。还存在一些别的量子态，如f o c k 态和薛定谔猫态1 1 9 1 ， 其w i g n e r 函数可以取负值，表明这些态是非经典的。l e i b f r i e d 等人重构了俘 获离子振动数态的密度矩阵和w i g n e r 函数，测得了负的w i g n e r 函数值。对行波 电磁场，l v o v s k y 等人2 1 1 利用位相随机的脉冲光学零拍层析法重构了单光子f o c k 态的w i g n e r 函数。对腔电磁场，利用文献 1 1 提出的方案，n o g u e s 等人测量了 单光子f o c k 态的w i g n e r 函数，但他们只得到了w i g n e r 函数在相空问中一点( 坐 标原点) 的值。最近l o u g o v s k i 等提出种重构腔场量子各的新方案。他们的 海交通大学l 肆l 。学位论文第一章 方案基于微脉塞。在一个高品质谐振腔中有一待测的量子电磁场模，首先，用 一个相干经典电磁场使该量子腔模发生位移，然后向腔中注入一个二能级原子。 在腔中原子与位移后的腔场发生相互作用。他们的研究发现，在腔场的w i g n e r 函数与原子的布居数之问存在一个简单的关系。因此可以通过在实验上测量原子 的布居数而得到腔场的w i g n e r 函数。利用这种方案，可以重构腔场的各种量子态 在整个相空间的w i g n e r 函数。后来张智明把这个方案扩展到在一个腔中的双 模场情形。最近，k i m 等l “i 建议了一个方案利用v 型三能级原子重构双模纠缠 态的双模w i g n e r 特征函数。i k r a m 等建议了一个方案通过受驱动的四能级原 子系统的自发辐射谱重构一个高q 腔中的双模纠缠态。由于双模w i g n e r 函数可 以用来测试b e l l 不等式陋4 2 9 1 ，因此重构双模场显得更有意义。 1 2 量子纠缠态制备的研究背景 量子纠缠是爱因斯坦等科学家为了证明量子力学的不完备而提出的一种很 奇妙的量子概念。量子纠缠是发生在多个量子体系之间的一种物理现象，是指不 论粒子闯距离有多远，一个粒子的态都是与其它粒子的态相关联的，信息大部分 都蕴涵在粒子之间的相互关系上，对一个粒子的测量会影响到其它粒子的态。从 根本上讲它们还是相互联系的。因此，对纠缠现象的研究不仅具有广泛的应用前 景，而且能迸一步深化入们对量子力学的理解与对微观世界的认识。 另一方面，量子信息科学和技术由于其诱人的应用前景而引起人们的极大兴 趣瑚1 。量子信息学主要是利用微观粒子作为载体，凭借着量子力学所特有的一 些性质：不确定性、相干性、纠缠等，可以完成一些经典的通汛、计算、密码学 无法实现的任务。其中包括，量子密钥分发具有绝对的安全性，量子计算机具有 高并行性，因而在解决一些特定的复杂问题中具有经典计算机无法比拟的优势。 在量子密钥分发中，基于量子纠缠交换和量子纠缠纯化的量子中继器可以克服长 距离所带来的噪声和消相干；量子计算机本身的启动就需要大量的量子纠缠源 3 1 1 ，而运行过程中更是需要大量的基于量子纠缠的量子纠错过程：量子隐形传 态( t e l e p o r t a t i o n ) 和量子密集编码( q u a n t u md e n s e c o d i n g ) 是基于量子纠缠而提出 i + 海交通人学博f 学位论文 第一章 的概念。量子隐形传态i ”i 可以通过量子纠缠和一个经典信道，完整无误地传送 一个量子态；量子密集编码的信道容量是经典信道的两倍等，在量子通讯中，利 用纠缠还可以构建不同类型的量子通讯网络。量子纠缠可以说是量子信息最核心 部分，几乎所有的量子信息处理过程都与其有关。 纠缠态是量子物理不同于经典物理的最奇特、最不可思议的现象，也是量 子信息学区别于经典信息学的最独特之处。纠缠态在量子信息学的各个领域都有 着广泛而重要的应用，进而如何制备量子纠缠态成为其关键问题。目前，已有多 种物理体系被建议用于制备纠缠态，其中一些己经在实验上实现。目前文献中出 现的方案主要有以下几类：如光子i “，原子一腔i ，离子阱捌，核磁共振， 量子点”1 以及超导j o s e p h s o n 结【捧| 等。 迄今为止，自发的参量下转换( s p d c ) 依旧是最好的纠缠光子源，而且在最近 的一些实验中仍被用来作为最基础的纠缠源。然而，由于参量下转换的必然性， 导致多光子纠缠的实验中多体系符合计数会非常的低，实现多光子纠缠面临不少 挑战。潘建伟和他在奥地利的合作者们第一次在实验上制备了3 个光子和4 个光子 的纠缠唧j 。特别值得一提的是2 0 0 4 年潘建伟和他的同事在中国科技大学首次在 实验上制备了五光予纠缠l 。2 0 0 6 年，他们又在实验中实现了远程传送包括两 个量子比特的复合系统【”。 腔量子电动力学( c a v i t y q e d ) 旨在研究受限在特定空间，如微波腔、光学 腔、量子点等中的原子或离子与腔内的电磁场( 光子) 相互作用的量子行为。在 原子与腔场作用达到一定程度以后，光子和原子相互影响变得很强烈，从而导致 一系列新的效应，比如原子自发辐射的可逆性、非经典光场等。利用原子冷却手 段，腔q e d 已经在基本物理的研究中引起了人们的广泛关注。它的主要思想是 将俘获的原子囚禁在高品质腔中，把量子信息储存在原子的内态上，囚禁的原子 作为量子信息存储器，光场用来进行量子门操作和量子信息的传输。到目前为止， 大量的利用腔q e d 来制备两原子和多原子的方案被提出，见评论性文献 4 2 。其 中值得一提的是，2 0 0 0 年郑仕标和郭光灿提出将两个二能级原子直接注入一个 非共振腔，利用两个原子与腔场的非共振相互作用，有效地克服腔场消相干影响， 海交通人学i 璋f ：学位论文第一章 来制备两原子纠缠态【4 3 i 。文章发表后，法国著名的h a r o c h e 小组很快在实验上 予以验证1 4 4 1 。 c i r a c 等人1 在1 9 9 5 年提出了离子阱方案，1 9 9 7 年s t e a n e | 删作了详细的描述。 选择每个离子的两个内部低位能级的本征态分别记为1 1 ) 和l o ) ，张成一个二维 h i l b e f l 空间，提供个物理量子比特。这样囚禁在阱内的n 个离子提供t n 个量子 比特。现在激光技术和原子分子物理学研究的进展己经具有操纵和控制离子的成 熟技术，使得人们对用离子阱实现量子计算存在着极大的希望。但是各个离子执 行逻辑运算的速度难以提高，另外现在激光技术已经可以冷却少数离子到极低温 度，但要把大量离予冷却在阱中却不是很容易做到的事情。利用离子阱系统制备 纠缠见综述文献 4 7 。 关于核磁共振，以c h u a n g 为首的i b m 研究团队，成功地在一个人工合成的分 子中( 内含7 个量子位) 利用n m r 完成n = 1 5 的因子分解郴】，核磁共振虽然在用于量 子计算这场竞赛中占得先机，可它有严重的局限性，有关制备纠缠态见综述文献 4 8 。 近年来随着半导体纳米技术的发展，量子点作为实现量子计算机的候选者， 由于其拥有类似原子的能态结构和相干光学特性僻, s 2 1 ，又加上容易规模化的优 势，引起了广泛的关注。量子点的激子作为具有二能级特征的系统可以代替腔量 子电动力学的应用。半导体量子点的腔q e d 相对于原子的腔q e d ，至少有以下 两个方面的优点：第一，量子点的位置是固定的，而原子必须囚禁。量子点的这 一特征在量子信息科学的应用中是非常重要的。第二，这种超小的强耦合的点腔 设备在量子网络中容易存储，处理和分布。1 9 9 9 年，i m a m o g l u 等人提出一个 方案通过腔q e d 技术，利用两个量子点可以实现c n o t 门。q u i r o g a 与j o h n s o n l 、 r e i n a 等建议利用共振转移来实现空间上分隔开的量子点中的激子的纠缠，从 而可以产生多个粒子的纠缠。在量子点系统中，有利用电子自旋来制各纠缠，见 综述文献 5 0 。 纠缠交换( e n t a n g l e m e n ts w a p p i n g ) 也是一个非常独特而且重要的研究课 唾一 海交通人学博l 学位论文 第一章 题。它的基本思想是：从两个纠缠的双量子位系统各自取出一个量子位，并且使 它们相互作用。然后，对这两个量子位傲符合测量。结果，原来两个双量子位系 统余下的两个量子位之问就纠缠起来。注意，原来的两个量子位系统可以分处相 距很远的a 、b 两地，而拿出相互作用的两个量子位可以处于远离a 、b 的c 地。这 个现象不仅突出地体现了量子力学不可思议的非定域性，而且具有很大的应用价 值。 1 3 量子点中的慢光的研究背景 最近，慢光( 在介质中光以很慢的群速度传播) 引起了科研工作者广泛的研 究兴趣”“1 。光脉冲在共振光学介质中倭输的群速度一直是非线性光学领域的 热点问题。s o r m e r f e l d i 叫和他的学生b r i l l o u i n t “1 利用l o r e n t z 理论描述了介 质对脉冲传输的影响，他们指出：反常色散总是发生在介质吸收区域并且导致光 的群速度大于光在真空中的速度c ，同时也指出即使群速度超过c ，信号速度仍 然小于e 。由于他们的工作首先发表在一次大战期间，所以没有得到广泛的注意。 到了1 9 6 0 年，b r i l l o u i n 把他们以前的工作，整理写成一书 w a v ep r o p a g a t i o na n d g r o u pv e l o e i t y ) 1 6 7 t ，引起了很多人极大的兴趣。利用激光作用光学介质，其色 散特性被非常显著地改变，即通过使用合适强度的光场，介质的色散和吸收能够 被控制，形成诸如相干布居俘获( c 哪t “、电磁诱导透明( e i t ) l “、无反转激 光( l w i ) 7 0 - 7 1 1 、超慢光和快光等很多有趣的现象发生。产生慢光的方法分为两 大类；1 ) 改变光媒介的群折射率；2 ) 使用一些色散的装置。第一类方法通常使 用的是非线性光学的方法，类如电磁诱导透明( e l t ) 。相干布居振荡( c p o ) 1 4 “，受激喇曼散射( s r s ) 7 4 - 7 5 1 或受激布里渊散射( s b s ) 【”。第二类方法 使用f a b r y p e r o t 谐振器，高q 值的腔以及光子晶体【6 3 1 。 利用冷原子实现慢光实验中，1 9 9 9 年h a u 小组所做的工作具有里程碑的意 义矧。他们使用激光冷却和蒸发冷却的方法使钠原子气体冷却至呔级温度，即 b e c 的临界温度以下，得到光脉冲减慢至1 7 m s 。通过合理选择实验参数。如控 j ：海交通人学博 ：学位论文 第一牵 制光场强度，原子密度等，k a s h 等人用一种调制技术在r b 蒸汽中测到9 0 m s 的群速度。用相同的技术，b u d k e r 等人通过将气室内壁镀膜来减小原子与器 壁的非弹性碰撞，得到慢光群速度为8 m s 。2 0 0 2 年，t u r u k h i n 等人在5 k 温 度的p r 掺杂y 2 s i 0 5 ( p r ：y s 0 ) 的晶体中观察到4 5 m s 的慢光运动速度。2 0 0 3 年， b i g e l o w 等人在室温下r u b y 晶体中观察到群速度低至5 7 5 0 5 m s 的慢光运 动。国内，南开大学的许京军等人唧1 在室温的b 。：s i o 。晶体中实现了0 0 5 m s 的 超低群速度，哈工大掌蕴东小组在慢光方面也做出很好的工作。 e i t 现象的潜在应用领域是用于全光开关和光通讯中的信号处理，但最大的 阻碍就是用于e 1 t 的固体介质材料的选取。现有的大部分实验都是在原子蒸气中 进行的，这是因为能够实现长的相干时间。对于实用的通讯系统，选择合适的固 态介质材料，能够实现集成化并降低成本。最近大量的实验和理论工作，选择了 半导体来实现慢光，由于现在工业上大量使用半导体，从应用和易于集成的角度 来讲，半导体材料有它独特的优越性。2 0 0 4 年，k u 等人m 1 在半导体量子阱中实 现了9 6 0 0 m s 的慢光，同时透明窗口的带宽达到2 g h z 。随后，k i m 等人【”1 在理 论上分析了用半导体量子点实现慢光，可以作为全光的缓冲器( o p t i c a lb u f f e r ) ， 对于下一代互联网的应用前景十分广泛。2 0 0 6 年，h u i s u 与s h u n l i e n c h u a n g z ! 叫 在室温下实现了1 3 z m i n h s g a a s 量子点中的慢光效应。2 0 0 5 年有一篇很有意 义的工作，来自i b m 的t j w a t s o n 研究中心的v l a s o v 和他的同事们将光子晶体 技术应用到了“慢光”上 6 3 1 。由于光脉冲在各种不同原子和固体体系中( 在这 些体系中物质的吸收被光泵作用所抵消) 被大大减慢，甚至停滞。v a l s o v 等人嘲 发现，通过一个利用低损耗硅光子晶体波导的超紧凑集成光路，一个硅芯片上的 一个光脉冲的群速度可以降低3 0 0 倍以上。这一成果在从全光存储到光开关等一 系列应用中有潜在用途。光波是一种有效的信息载体，具有快速传递等许多优点， 如果使“光停止”应用于光学存储，将对光通信和量子信息等领域具有革命性地 影响。最近e i t 的实现，使人们能够进一步操纵和控制光子，实现了光信息存储 6 ，l ：海交通人学博 j 学位论文 第一章 l “i 。在本文中我们利用电压柬调控双量子点之间的隧穿，实现在双量子点中 的慢光。 t 4 本论文的主要内容 本文主要有两个方面的研究内容：第一部分的内容是关于量子态w i g n e r 函 数的重构、量子纠缠态的制备。第二部分内容是关于在非对称的双量子点中的电 压调控的慢光效应。 第一章，是绪论，介绍了研究背景。 第二章，研究了两个腔中双模量子态的w i g a e r 函数的重构。 第三章，研究了两个原子纠缠态的制备。 第四章，研究了连续变量的腔场纠缠态的制备。 第五章。研究了单模腔中耦合量子点中的激子的纠缠态的制备。 第六章，研究了在非对称的双量子点中电压调控的慢光效应。 第七章，对全文进行了总结。 海交通大学博l + 学位论文第一章 参考文献 【1 】z m z h a n g , “r e c e n tp r o g r e s s o fq u a n t u m s t a t er e c o n s t r u c t i o no ft e l e c t r o m a g n e t i cf i e l d s ”，m o d p h y s l e f t ，b1 8 ，3 9 3 ( 2 0 0 4 ) 【2 】d gw e l s c h ，w ：v o g e la n dt o p a t m y , “h o m o d y n ed e t e c t i o na n dq u a n t u m s t a t e r e c o n s t r u c t i o n ”，p r o g r s si no p t i c s ，e d e w o l lv 0 1 x x x l x ( e l s e v i e rs c i e n c e ， a m s t e r d a m ，1 9 9 9 ) ，p 6 3 【3 】u l e o n h a r d t ，m e a s u r i n gt h eq u a n t u ms t a t eo fl i g h t , ( c a m b r i d g eu n i v e r s i t y p r e s s ，c a m b r i d g e ，1 9 9 7 ) 【4 】w e s c h l e i c ha n dm r a y m e r ( e d s ) ，“q u a n t u ms t a t ep r e p a r a t i o na n d m e a s u r e m e n t ”，j m 0 d 0 p t ，4 4 ( 1 1 ) ( 1 9 9 7 ) 【5 】k 。v o g e la n dh r i s k e , d e t e r m i n a t i o no fq u a s i p r o b a b i l i t yd i s t r i b u t i o n si nt e r m s o fp r o b a b i l i t yd i s t r i b u t i o n sf o rt h er o t a t e dq u a d r a t u r ep h a s e ”，p h y s r e v a4 0 ，2 8 4 7 ( 1 9 8 9 ) 【6 1g m d a r i a n o ，c m a c c h i a v e l l oa n dm g a p a r i s ，“d e t e c t i o no ft h ed e n s i t y m a t r i xt h r o u g ho p t i c a lh o m o d y n et o m o g r a p h yw i t h o u tf i l t e r e db a c kp r o j e c t i o n ”， p h y s r e v a5 0 ，4 2 9 8 ( 1 9 9 4 ) ；g m d 。a r i a n o ，u l e o n h a r d ta n dh p a u l ， “h o m o d y n ed e t e c t i o no ft h ed e n s i t ym a t r i xo ft h er a d i a t i o nf i e l d ”，i b i d 5 2 ，r 1 8 0 1 ( 1 9 9 5 ) ；u l e o n h a r d t ，h p a u la n dg m d a r i a n o ，t o m o g r a p h i cr e c o n s t r u c t i o no f t h ed e n s i t ym a t r i xv i ap a t t e r nf u n c t i o n s ”，i b i d 5 2 ，4 8 9 9 ( 1 9 9 5 ) 1 7 】o s t e u e m a g e la n dj a v a c c a r o ，“r e c o n s t r u c t i n gt h ed e n s i t yo p e r a t o rv i a s i m p l ep r o j e c t o r s ”，p h y s r e v l e f t 7 5 。3 2 0 1 ( 1 9 9 5 ) ；s w a l l e n t o w i t za n dw v o g e l , u n b a l a n c e dh o m o d y n i n gf o rq u a n t u ms t a t em e a s u r e m e n t s ，p h y s r e v a 5 3 ，4 5 2 8 ( 1 9 9 6 ) ；kb a n a s z e ka n dk w o d k i e w i c z ，“d i r e c tp r o b i n go fq u a n t u m p h a s es p a c eb yp h o t o nc o u n t i n g ”，p h y s r e v l e t t 7 6 4 3 4 4 ( 1 9 9 6 ) ；t o p a t r n ya n d d g w e l s c h “d e n s i t y m a t r i xr e c o n s t r u c t i o nb yu n