微腔增强发射的半导体量子点单光子源

单光子源是实现量子密匙分配、线性光学量子计算的基本单元。作者回顾了单光子源在量子信息科学发展中的作用,讨论了光子的统计特性,分析了具有类似原子二能级结构的半导体量子点作为单光子发射源的特点,介绍了微腔与二能级系统的耦合以及微腔量子电动力学基本原理。在弱耦合区,Purcell效应导致微腔中量子点激子复合寿命降低,因此可用微腔来改善量子点单光子发射效率。文章总结了近年来在半导体微腔增强量子点单光子发射领域的进展,探讨了分布式布拉格反射微腔、柱状微腔和光子晶体微腔等结构对改善半导体量子点单光子发射和收集效率、光子极化以及光子全同性等方面的作用,并对未来半导体量子点单光子源的发展进行了展望。     

单量子点的发光与应用EI北大核心CSCD

由于量子限制效应,自组装半导体单量子点具有类似于原子的分立能级,可实现高不可分辨、高亮度和高纯度的单光子发射,其多种激子态能够产生不同偏振模式的光子。而光学微纳结构是调控量子点发光性质的有效手段,当单个量子点与光学微腔发生弱耦合时,Purcell效应将大大提高量子点作为单光子源或纠缠光子对源的性能。同时,量子点与光学微腔的强耦合系统可以作为量子光学网络中的量子节点,以及用于研究单光子水平的光学非线性效应。利用量子点与光学波导的耦合可实现固态量子比特和飞行光子比特的相干转换,以及高效的信息处理与传输,由此构建可靠的片上光学网络。此外,单量子点还具有可操控的自旋态,可作为量子比特的载体。考虑到量子点器件的制备过程易与成熟的半导体技术相结合,基于量子点的器件设计具有良好的可扩展性和集成化潜力。     

量子密码通信中量子比特率理论分析

在量子密钥分配中,量子比特率是一个重要的系统参数。通过引入测量因子和筛选因子,建立了基于理想单光子源和泊松分布单光子源的量子比特率理论模型,给出了量子比特率的表达式,并对两种单光子源进行了比较分析。结果表明,当平均光子数大于1时,泊松分布单光子源能被优化。在发射机脉冲重复率一定的条件下,采用泊松分布单光子源无法达到理想单光子源的量子比特率,这是为保密通信所必须付出的代价。     

"量身定做"单光子波包:在量子网络中控制光子/自旋量子界面

文章简要地介绍了如何在量子网络中控制量子界面动力学以实现静态量子比特和动态量子比特的相互转换．具体言之，该界面由半导体量子点、固体光学微腔以及光学波导管构成，静态及动态比特分别为量子点中的电子自旋和波导管中的单光子波包所携带．界面动力学的控制则是基于对量子点、微腔和波导管耦合系统的量子电动力学的严格求解．据此可实现网络中两个远距离节点间的量子态传输、交换以及确定性的建立量子纠缠等量子操作．上述量子界面亦可用于任意指定波形的单光子源或者单光子探测装置。     

半导体纳米材料和物理

半导体纳米材料是纳米材料的一个重要组成部分，纳米结构的电子和光子器件将成为下一代微电子和光电子器件的核心。文章介绍了半导体纳米材料研究的新进展，包括四个方面：半导体自组织生长量子点，纳米晶体，微腔光子晶体和纳米结构中的自旋电子学。本世纪开始的半导体纳米材料的研究是上世纪半导体超晶格量子阱研究的延续，同时又开辟了一些新的领域，如：单电子的电子学、单光子的光子学，微腔和光子晶体，稀磁半导体和自旋电子的相干输运等，这些研究将为研制在新原理基础上的新器件和实现量子计算、量子通信打下基础。     

用于自然原子共振的应力量子调控自组装量子点 单光子源

针对量子存储应用中自组装量子点发射的光子与自然原子系综波长匹配难的问题,通过金-金热压键合技术将含有量子点的纳米薄膜与压电陶瓷进行集成,制作了应力调控的能量可调量子点单光子源,实验上分别实现了对可见光波段镓砷/铝镓砷量子点和近红外波段铟镓砷/镓砷量子点单光子量子比特在9.1meV和4.2meV范围内的宽谱调控.不仅如此,应用应力量子调控技术成功将镓砷/铝镓砷量子点的发光波长调节至铷-87自然原子的D2能级跃迁波长(780nm),以及将铟镓砷/镓砷量子点的发光波长调节至钒酸钇晶体中掺杂的钕离子的4I9/2→4 F3/2跃迁吸收峰共振(879.7nm).该结果为实现基于半导体量子点和自然原子系综的量子存储器提供了一种强有力的调控技术.     

量子点单光子源及其制备方法研究进展

本文概述了量子保密通讯中面临的三大关键技术。并对关键技术之一的单光子源技术进行了重点介绍，如量子点作为单光子源的研究概况，单光子发射的实现、激子跃迁、双激子跃迁引起的聚束和反聚束效应和光子相关测量等。并介绍了国际上制备半导体自组装量子点在形貌、发光谱、极化以及近场光学用于量子点极化和激子发射等研究方面所取得的进展。     

量子点单光子源及其制备方法研究进展

本文概述了量子保密通讯中面临的三大关键技术。并对关键技术之一的单光子源技术进行了重点介绍,如量子点作为单光子源的研究概况,单光子发射的实现、激子跃迁、双激子跃迁引起的聚束和反聚束效应和光子相关测量等。并介绍了国际上制备半导体自组装量子点在形貌、发光谱、极化以及近场光学用于量子点极化和激子发射等研究方面所取得的进展。     

单量子点光谱与激子动力学研究进展

胶体半导体量子点具有宽带吸收、窄带发射、发光量子产率高、发射波长连续可调等优点,是制备发光二极管、太阳能电池、探测器、激光器等光电器件的优质材料.单量子点光谱能够消除系综平均效应,可以在单粒子水平上获取量子点材料的结构和动力学信息及与其他材料间的电荷、能量转移动力学等.相关研究结果能够指引量子点材料的设计和为量子点的相关应用提供机理基础.另外基于单量子点可以开展纳米尺度上光与物质的相互作用研究,制备单光子源和纠缠光子源等.本文综述了单量子点光谱与激子动力学近期的相关研究进展,主要包括单量子点的光致发光闪烁特性和调控方式、单激子和多激子动力学研究及双激子辐射特性的调控等.最后简要地讨论了单量子点光谱未来可能的发展趋势.     

基于单光子双量子态的确定性安全量子通信

量子通信是量子科学技术的一个重要研究领域,是一种利用量子力学原理,能够在合法各方之间安全地传输私密信息的通信方式.基于单光子的确定性安全量子通信通常需要在发送方和接收方之间来回两次传输单光子态,并利用局域幺正变换加载信息.本文提出了一种单向传输单光子态的确定性安全量子通信方案.发送方利用单光子的极化和time-bin两自由度构成的两组共轭基矢量来编码经典逻辑比特.接收方通过设计合适的测量装置可以在发送方辅助下确定性地获取比特信息并感知窃听,从而实现信息的确定性安全传输.另外,我们的协议使用线性光学元件和单光子探测器,可以在当前的量子通信装置上实现.     

量子信息与计算

量子信息与计算是物理学目前研究的热门领域 .本文简要地介绍量子计算的一些基本概念 :量子纠缠、量子位、量子寄存器、量子并行计算和量子纠错 .并介绍两种典型的量子信息技术 :量子密码和量子传物 .     

Science as social history

Quantum states of light, such as squeezed states or entangled states, can be used to make measurements (metrology), produce images, and sense objects with a precision that far exceeds what is possible classically, and also exceeds what was once thought to be possible quantum mechanically. The primary idea is to exploit quantum effects to beat the shot-noise limit in metrology and the Rayleigh diffraction limit in imaging and sensing. Quantum optical metrology has received a boost in recent years with an influx of ideas from the rapidly evolving field of optical quantum information processing. Both areas of research exploit the creation and manipulation of quantum-entangled states of light. We will review some of the recent theoretical and experimental advances in this exciting new field of quantum optical metrology, focusing on examples that exploit a particular two-mode entangled photon state – the High-N00N state.     

量子计算与量子模拟

量子计算和量子模拟在过去的几年里发展迅速,今后涉及多量子比特的量子计算和量子模拟将是一个发展的重点.本文回顾了该领域的主要进展,包括量子多体模拟、量子计算、量子计算模拟器、量子计算云平台、量子软件等内容,其中量子多体模拟又涵盖量子多体动力学、时间晶体及多体局域化、量子统计和量子化学等的模拟.这些研究方向的回顾是基于对现阶段量子计算和量子模拟研究特点的考虑,即量子比特数处于中等规模而量子操控精度还不具有大规模逻辑门实现的能力,研究处于基础科研和实用化的过渡阶段,因此综述的内容主要还是希望管窥今后的发展.     

Non-commutative Low-dimension Spaces and Superspaces Associated with Contracted Quantum Groups and Supergroups

Quantum planes, which correspond to all one-parameter solutions of Quantum Yang-Baxter Equation (QYBE) for the two-dimensional case of GL-groups, are summarized and their geometrical interpretations are given. It is shown that the quantum dual plane is associated with an exotic solution of QYBE and the well-known quantum h-plane may be regarded as the quantum analog of the flag (or fiber) plane. Contractions of the quantum supergroup G L _q (12) and corresponding quantum superspace C _q (12) are considered in Cartesian basis. The contracted quantum superspace C _h (12);) is interpreted as the non-commutative analog of the superspace with the fiber odd part.     

量子关联简介

量子纠缠作为一种非局域的关联,是一种重要的资源而被广泛应用于量子信息处理。然而,最近的研究结果发现,可分态中也可以存在非经典的关联,量子纠缠只是量子关联的一部分;非纠缠的量子关联在一些量子通信和量子计算任务中扮演着重要的角色。文章简要综述了量子关联的基本概念,描述了几种常见的量子关联度量,并介绍了量子关联在量子信息处理中的作用以及一些最新动态。     

Alternative New Notation for Quantum Information Theory

The notation [Li, Song, and Luo (2002) Physics Letters A 297, 121] has been generalized to quantum information theory. By this notation,we present three useful criteria for bipartite entanglement, a formula for general quantum swapping, and a formula for quantum teleportation of bipartite state by two EPR pairs.     

量子开系统理论及其应用

量子物理是当代科学发展的基石,多次引发高技术革命.它与信息科学结合,产生了交叉学科——量子信息,为突破计算机芯片的尺度极限提供了全新的解决思路.自1987年起,文章作者及其合作者对量子开系统理论、量子退相干及其相关的量子物理基本问题进行了系统的探索,契合了最近10年量子信息研究的快速发展.文章首先结合上世纪70年代末彭桓武先生关于量子开系统(阻尼谐振子的量子化)的重要研究工作,介绍了量子开系统的基本概念及其研究的科学意义,同时简略介绍了文章作者及其合作者在量子开系统理论及其在量子信息应用方面的系列研究工作.     

基于六光子量子避错码的量子密钥分发方案

量子信道中不可避免存在的噪声将扭曲被传输的信息,对通信造成危害。目前克服量子信道噪声的较好方案是量子避错码（QEAC）。将量子避错码思想用于量子密钥分发,能有效克服信道中的噪声,且无需复杂的系统。用六光子构造了量子避错码,提出了一种丛于六光子避错码的量子密钥分发（QDK）方案。以提高量子密钥分发的量子比特效率和安全性为前提,对六光子避错码的所有可能态进行组合,得到一种六光子避错码的最优组合方法,可将两比特信息编码在一个态中,根据测肇结果和分组信息进行解码,得到正确信息的平均概率为7／16。与最近的基于四光子避错码的克服量子信道噪声的量子密钥分发方案相比,该方案的量子比特效率提高了16．67％,密钥分发安全性足它的3．5倍。     

Quantum Key Distribution Protocol Optimization

Quantum key distribution is a practically implementable cryptographic communication methodology from the hardware and software point of view. It is an information‐theoretic secure method for transmitting keys to remote partners practicing quantum communication. After examining various protocols from the most basic on, BBM92, DPSK, SARG04 and MDI (Measurement Device Independent) protocols are described in view of targeting the longest possible communication distance with the highest secret key bitrate. How any protocol can be optimized with respect to distance is discussed by analyzing the various steps impacting hardware and software that are developed, starting from the underlying assumptions proper to every protocol and ending with the corresponding performance in each case.