连续变量纠缠及量子点输运性质的控制

论文摘要

近年来有关连续变量纠缠态的制备及其在量子信息处理中的应用是量子光学和量子信息科学的前沿研究领域。这不仅是因为对于连续变量纠缠性质的研究可以用于验证量子力学的基本原理，而且还由于连续变量纠缠态是量子信息处理的基本资源。并且，由于体系与周围环境的相互作用而导致的退相干的影响，使得所制备的纠缠态很脆弱而难以保存。因此制备抗环境干扰能力强、稳定的、高纠缠度的纠缠光也是我们研究的内容之一。另一方面，随着微纳米加工技术的发展，人们可以制备出量子点这样具有类似原子特征的“人造原子”，并且由于量子点具有可操控性，研究外加光场对量子点体系输运性质的影响受到人们的广泛关注，本文后面一部分工作研究了利用相干场的相对相位来控制两耦合量子点的输运性质，并且还研究了利用偏振光来导致二能级量子点在的顺序隧穿区域自旋极化输运。首先，我们研究了如何利用单模腔场中的四个原子系综来制备连续变量纠缠态。我们发现通过适当选择激光脉冲的相位和振幅，并借助于腔场耗散的作用，四个原子系综可确定性地演化到类Cluster四组分纠缠态和连续变量类GHZ四组分纠缠态。接下来，我们讨论了利用基于零拍测量的量子反馈来提高非线性耦合器中的纠缠。我们引入两个反馈回路来改变驱动场的强度从而控制算符X1θ+X2θ以及算符Y1θ-Y2θ的涨落，这里算符Xjθ和Yjθ（i=1，2）是光场方位角为θ的两振幅算符。我们根据Wismen的马尔可夫反馈理论得到了引入反馈后系统的主方程，并且解析求解了反馈主方程。研究发现反馈能够有效的提高非线性耦合器腔内的纠缠、双模压缩及纯度，并且还发现引入反馈的方位角对反馈能否提高纠缠起到决定性的作用。当引入反馈的方位角为θ=0时，引入反馈不能够提高系统的纠缠。当引入反馈的方位角为θ=0．25π时，反馈能最大程度的提高纠缠。另一方面，我们还研究了用相干场的相对相位来控制一个耦合量子点系统的输运性质。当右边电极的化学势在右边量子点能级间时，我们讨论了在两量子点基态能量差Δ不同的条件下，两激光场的相对相位对输运电流的控制。我们发现电流谱展现双峰结构，并且峰的位置和大小可以由激光场的相对相位θ1和θ2来控制。我们还发现电流的峰值能被大致调到零，这是因为由于两条跃迁路径之间的完全相消干涉而使电子被捕获在左边量子点的基态上，这效应可以用相位θ1和θ2来控制，因此，我们可以利用这个效应来做光学控制的电流开关。当右边电极的化学势比右边量子点基态能级低时，我们发现电子能够被捕获到暗态上，即两个量子点基态的叠加态上，此时电流为零。最后，我们研究了一种由偏振光驱动的二能级量子点在顺序隧穿区域的自旋极化输运性质。这个器件的优点是不需要外加磁场和铁磁注入，而仅仅通过调节光的偏振来控制体系的自旋输运性质。这个器件工作在特定的能级和化学势位置，即注入端的化学势介于量子点二能级之间，输出端位于二能级之下。在这个条件下，自旋相关的散粒噪音可由光场非单调的调制并且展现出亚泊松分布。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 基础理论知识介绍
• 1.1 光场量子态的相空间描述
• 1.1.1 光场量子态的相空间描述
• 1.1.2 高斯态
• 1.1.3 光场量子态的零拍测量
• 1.2 连续变量纠缠及纠缠判据
• 1.2.1 Einstehl-Podolsky-Rosen佯谬
• 1.2.2 量子纠缠
• 1.2.3 连续变量的纠缠
• 1.2.4 双模高斯态纠缠的判据
• 1.2.5 四组分纠缠态不可分判据
• 1.3 量子点体系的输运性质
• 1.3.1 量子点的实验制备
• 1.3.2 量子点的两个基本特征
• 1.3.3 量子点的几个物理现象
• 1.4 本文的工作
• 第二章 连续变量类Cluster和类GHZ四组分纠缠态的制备
• 2.1 单模腔中四原子系综的有效哈密顿量
• 2.2 连续变量类Cluster四组分纠缠态的制备
• 2.3 连续变量类GHZ四组分纠缠态的制备
• 2.4 本章小结
• 第三章 通过量子反馈来提高非线性耦合器中光场的纠缠
• 3.1 模型及特征函数
• 3.2 引入反馈的非线性耦合器中光场的压缩和纠缠特性
• 3.2.1 在没有引入反馈时非线性耦合器腔内双模场的非经典性质
• 3.2.2 通过量子反馈来提高纠缠和压缩
• 3.3 本章小结
• 第四章 光场相位控制耦合量子点中的电子输运
• 4.1 理论框架
• 4.2 速率方程
• 4.3 结果和讨论
• R<ε₂'>4.3.1 μ_R<ε₂
• 2<μ_R<ε₃'>4.3.2 ε₂<μ_R<ε₃
• 4.4 本章小结
• 第五章 光学控制的二能级量子点中的自旋极化输运
• 5.1 研究模型
• 5.2 电子输运
• 5.3 散粒噪声
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢