论文摘要
量子计算是基于量子力学叠加性原理的一类新型的计算模型,它能够解决一些经典计算机无法有效计算的算法问题,具有重大的现实意义。最近十几年内,不断有各种新的物理实现方案被提出来,其中基于腔量子电动力学(QED)的物理实现方案被认为是最有希望的一种实现手段之一,而高品质因子的腔则是这一方案的关键技术。随着微细加工技术的发展,人们已经能够制备出光波范围的电介质微腔。一类称为耳语回廊(WG)模式的微腔拥有极高的品质因数和小的模式体积,已经被用于研究光和物质相互作用,实验上已经观察到Purcell效应和强耦合作用等许多腔量子电动力学现象,这类基本现象的出现是实现量子门的最关键节点。基于QED实现量子门的技术难度相当高,目前,制备高品质因子的光学微腔本身就是一个技术挑战。在参考了国际著名微腔研究组实验方案的基础上,搭建了我们自己的固态光学微腔实验平台建设。基于该平台,已经可以制备出大小品质因数可控的高品质因数微球腔,特别是完成了用于光学微腔耦合和测量的纳米尺度的光纤锥及其测量系统,并且掌握了在微球腔临界耦合和品质因子测量方面的基本技术。目前,这一技术已经成为我们的低阈值微球腔激光器的主要输出手段之一,为最终实现基于微腔QED的量子逻辑门在技术上铺平了道路:在主动微腔的研究中,已经在实验上观察到掺稀土离子光学腔模发光调制现象,即Purcell效应。这一实验结果将微腔单光子源以及基于原子与腔强耦合的量子逻辑门研究向前进推进了一步;在光学微腔本身光学性质的研究方面,我们将光纤锥耦合器件引进到六边形沸石晶体微腔模式的研究中,首次在实验上观察到沸石晶体天然就存在类似微球腔的耳语回廊模式,证实了长期以来关于六角晶体存在WG模的理论预言,为光学微腔的模式理论提供了必要的对照。通过自己发明的宽带光源光纤锥耦合测量透过谱技术,我们第一次直接观测到沸石微腔多个六边形耳语回廊模式分布的情况,证实了国外学者提出的理论预言,得到了国际上的认可和好评。到目前为止的实验结果表明,我们的微腔实验平台具有一定的通用性,以光纤锥耦合作为一种新的手段可以用来实现包括光学球腔、圆盘腔、环形腔甚至晶体多边形微腔的各种应用,奠定了我们在微腔及其应用研究,特别是量子逻辑器件研究的实验和技术基础。