基于拉曼协议的量子存储

量子存储器是实现按照需要存储/读出诸如单光子、纠缠或者压缩态等非经典量子态的系统,是实现量子通信和量子计算必不可少的核心器件.量子存储协议多种多样,其中拉曼方案由于具有存储宽带大、可用于存储短脉冲信号的优点而引起了人们的广泛关注.然而实现真正单光子和光子纠缠的拉曼存储具有挑战性.本文简要介绍了量子存储器的主要性能和评价指标,在回顾了量子存储器特别是拉曼量子存储器的发展现状后,重点介绍了本研究组最近基于拉曼协议实现各种量子态存储的系列研究,取得的研究成果对于构建高速量子网络具有重要参考价值.     

受激拉曼增益介质中的量子噪声特性研究

研究了三能级原子系综与相干控制场以及量子探测场的相互作用下的受激拉曼系统.运用量子理论推导出了该受激拉曼系统中由于量子场真空涨落引起的量子噪声以及受激散射的量子化光场噪声谱,并且数值计算了注入拥有非经典涨落的量子探测场,真空涨落所引起的量子噪声谱. 关键词： 受激拉曼增益 量子噪声 噪声谱     

球型量子点中的电子拉曼散射

研究了球型半导体量子点中的电子拉曼散射.讨论了初态为导带全满,价带全空时的电子跃迁过程,给出了电子拉曼散射的跃迁选择定则。通过计算GaAs和CdS材料球型量子点中电子及空穴参与拉曼散射的微分散射截面,分别比较了电子和空穴的不同影响,发现电子对拉曼散射的贡献要远大于空穴的贡献;当选取不同量子点半径时,拉曼散射微分散射截面变化也非常明显;量子点尺寸不变的条件下,改变入射光子能量,可以发现,微分散射截面随入射光子能量增大而减小。     

CdSe量子点拉曼谱的共振效应研究

本文介绍了用共振拉曼光谱研究CdSe量子点材料的结果,认为拉曼峰是ZnSe和量子点界面模的叠加。指出当激发光能量逐渐离开ZnSe带隙时,共振减弱,ZnSe峰不再占主导,界面模的拉曼峰出现移动及变宽。     

受激拉曼散射中的二阶量子关联

利用全量子理论和多模受激拉曼散射模型，研究了拉曼放大中，考虑泵浦光耗散时，斯托克斯光和泵浦光二阶量子关联函数随相互作用距离变化的特性，在不计及色散的影响时，斯托克斯光和泵浦光的二阶量子关联函数的变化主要取决于输入斯托克斯光和泵浦光的光强比，在极限情况下，本文的计算结果与拉曼产生的计算结果和经典耦合波理论的计算结果相符合。     

新型超导量子比特及量子物理问题的研究

近年来,超导量子计算的研究有了很大的进展.本文首先介绍了nSQUID新型超导量子比特的制备和研究进展,包括器件的平面多层膜制备工艺和量子相干性的研究.这类器件在量子态的传输速度和二维势系统的基础物理问题研究方面有着很大的优越性.其次,国际上新近发展的平面形式的transmon和Xmon超导量子比特具有更长的量子相干时间,在器件的设计和耦合方面也有相当的灵活性.本文介绍了我们和浙江大学与中国科学技术大学等单位合作逐步完善的这种形式的Xmon器件的制备工艺、制备出的多种耦合量子比特芯片,以及参与合作,在国际上首次完成的多达10个超导量子比特的量子态纠缠、线性方程组量子算法的实现和多体局域态等固体物理问题的量子模拟.最后介绍了基于这些超导量子比特器件开展的大量的量子物理、非线性物理和量子光学方面的研究,包括在Autler-Townes劈裂、电磁诱导透明、受激拉曼绝热通道、循环跃迁和关联激光等方面形成的一整套系统和独特的研究成果.     

基于增强拉曼散射的光子-原子双模压缩态的实现

拉曼散射过程中利用原子系综中初始制备的自旋激发(原子相干性),以及注入与原子系综中初始制备的自旋激发相关联的种子光场都可以极大的提高光场频率转换的效率,实现增强拉曼散射.本文理论上计算了增强拉曼散射过程中原子-光场量子界面的正交分量的量子起伏,得到了相干性导致的增强拉曼散射,只能在一定的范围内稍微提高初始光子-原子的压缩度;而关联增强拉曼散射,能够制备很强的光子-原子间的双模压缩.这样强压缩度的光子-原子量子界面,对于利用光场和原子系统实现量子精密测量研究有着非常重要的应用.     

InGaN/GaN多量子阱热退火的拉曼光谱和荧光光谱

通过拉曼光谱及荧光光谱测量研究了采用低压金属有机化学沉积(MOCVD)方法生长的InGaN／GaN多量子阱高温快速热退火处理对量子阱光学性质的影响。观测到退火后InGaN／GaN量子阱的拉曼光谱E2,A1(LO)模式的峰位置出现了红移,而且该振动峰的半高宽也有微小变化。温度升高退火效果更明显。退火使量子阱内应力部分消除,同时In,Ga原子扩散出现相分离使拉曼谱表现出变化。在常温和低温下的光荧光谱表明,退火处理的量子阱发光主峰都出现了红移;而且低温退火出现红移,退火温度升高相对低温退火出现蓝移;同时在低温荧光光谱里看到经过退火处理后原发光峰中主峰旁边弱的峰消失了。讨论了退火对多量子阱光学性质的影响。     

自组织生长的量子点结构及其光学特性

本文介绍量子点结构的自组织生长方法及量子点的光学性质。着重介绍量子点结构中的声子和拉曼散射的测量结果。此外，也介绍了自组织生长的量子点的形貌结构特性，电子结构和发光特性，电注入式量子点激光器的制备和性能     

耗散对受激拉曼绝热转移过程的影响

应用最近发展的量子耗散理论 ,研究了耗散对简单三能级体系的受激拉曼绝热转移过程的影响 ,并与pump dump过程比较 .计算结果表明 ,受激拉曼绝热转移的机制能很好地抑制中间态的弛豫与涨落的影响 .数值结果也表明了新的量子耗散理论可以正确地描述场与耗散相互耦合的动力学问题     

Nanophotonic waveguidance in quantum networks - A simulation approach for quantum state transfer

A cavity-assisted Raman process can initialize the inter-conversion of stationary spin qubits and flying photon qubits in quantum channels. The qubit transmission essentially requires the implementation of special laser fields to excite atoms at the transmitting node of the quantum cavity. The flying qubit is ultimately absorbed at the receiving node of the channel to regenerate the original spin state of the nanodot. The present paper deals with the phenomena involved in such nanophotonic waveguidance by the process of rigorous simulation, and it is reported that the results obtained by implementing suitable transmission protocol reflect well the reliable transfer/entanglement of the quantum states of the nanodot qubit.     

Raman study of Si–Ge intermixing in Ge quantum rings and dots

The Ge/Si (1 0 0) nanostructures have been studied by atomic force microscopy (AFM) and Micro Raman optical spectroscopy. Two layers of Ge of total thickness 0.75 nm and Si cap with thickness 2.5 nm were deposited by the method of molecular beam epitaxy at the temperature range 640–700 °C. AFM shows both quantum dots and ring-shape Ge nanostructures. From the analysis of the intensity and energy shift of the Raman signal we have found that the average concentration of Ge decreases considerably from 44% to 27%, when the growth temperature increases, whereas the degree of strain relaxation remains roughly the same. This allows us to conclude that intermixing is a dominating mechanism for strain relaxation in processes of transformation of Ge quantum dots to quantum rings.     

Effect of spontaneous Raman scattering on quantum channel wavelength-multiplexed with classical channel

We quantitatively estimate the effect of spontaneous Raman scattering on a quantum channel wavelength-multiplexed with a classical channel. Based on an experiment that measured the generation power of spontaneous Raman scattering in a fiber, the performance of wavelength-multiplexed quantum key distribution (QKD) systems using the differential-phase-shift protocol is evaluated for various system conditions.     

腔QED中超导量子干涉仪概率克隆机的物理实现

提出一个量子概率克隆机的物理实现方案,该方案首先将高Q腔中的两个超导量子干涉仪分别作为初始比特和目标比特,腔模作为测量比特,通过腔模和经典微波脉冲与超导量子干涉仪的多种相互作用实现量子概率克隆机的幺正演化;然后将腔模态映射到另一个超导量子干涉仪上,通过对该超导量子干涉仪磁通量的测量完成状态坍缩,从而以最优的成功概率实现量子态的精确克隆.本方案采用双光子拉曼共振过程加快单比特门的操作速率,并且总操作时间远小于自发辐射和腔模衰变时间,因而在实验上是可行的.     

量化计算在二芳基二硫代膦酸结构和光谱分析中的应用

在拉曼和红外光谱分析中，谱峰的归属直接关系到对分子结构的判定。本工作以量子化学理论计算为基础，探索对二芳基二硫代磷酸实验拉曼谱图进行谱峰归属的可行性。结果表明：二芳基二硫代膦酸理论计算谱图与实验谱图具有相关性，理论计算谱图可以指导实验谱图谱峰的归属分析。     

Nd_2O_3纳米粉的拉曼光谱研究

测量了 Nd2 O3纳米粉的拉曼谱 ,发现随着颗粒尺寸的减小 ,其拉曼谱峰发生红移 ,同时谱峰发生不对称变宽 ,并用量子尺寸效应对这种现象进行了解释     

On the quantum link for transport of logic states

A novel approach for representing logic states in the quantum nodes and transferring the states from one node to another is proposed. Both transmit and receive nodes consist of a rubidium atom (⁸⁷Rb) placed at the center of a two-mode cavity. Representation of logic states by two subspaces of the space of ⁸⁷Rb atom hyperfine states eliminates the need for the transmitting node to change logic state during logic transfer through Raman process. The atom is excited by simultaneous application of two laser beams - one for each subspace. Based on the logic state, the atom emits a photon of appropriate frequency and polarization through Raman process within the corresponding subspace. The emitted photon leaks out of the cavity, reaches the receiving node, and initiates logic dependent transitions there. A simulation platform is developed through the system Hamiltonians for transmit and receive nodes followed by the formulation of the time evolution of the density matrices for the nodes. The efficacy of the simulation approach is emphasized.     

分子筛组装单质半导体碲的拉曼光谱

无机介孔材料MCM41是高有序,直孔道介孔分子筛,具有孔径约4nm的一维均匀孔道,孔壁厚约1nm,介孔体积可达40%,是一种很理想的组装材料主体。半导体碲位于第Ⅵ族,其六方相的晶格排列呈螺旋链状结构。本文采用固相合成反应方法,将单质半导体碲成功地组装在MCM41介孔分子筛中。在组装体中,单质半导体碲保持着六方相的晶体结构,其拉曼晶体振动表现出纳米晶体的结构特征。真空热处理实验表明,组装体具有良好的热稳定性。Te的六方相和所具有的独特的螺旋链状结构使Te分子很容易进入MCM41的直孔道内,同时MCM41均匀而规则的直孔道限制了Te螺旋链的随机排列,因而被组装在直孔道内的Te能螺旋链式生长,形成一维半导体纳米晶体,排列均匀,尺寸单一,具有稳定的空间构型     

Quantum noise limits to terabaud communications

From a general model of fiber optics, we investigate the physical limits of soliton-based terabaud communication systems. In particular we consider Raman and initial quantum noise effects which are often neglected in fiber communications. Simulations of the position diffusion in dark and bright solitons show that these effects become increasingly important at short pulse durations, even over kilometer-scale distances. We also obtain an approximate analytic theory in agreement with numerical simulations, which shows that the Raman effects exceed the Gordon-Haus jitter for sub-picosecond pulses.