【摘要】：量子通信和量子計算中的可擴展性的量子信息處理是基于量子網(wǎng)絡實現(xiàn)的。量子網(wǎng)絡主要由量子節(jié)點和量子信道構成,量子節(jié)點連貫地連接不同的量子信道,節(jié)點中的量子路由器控制著信號在不同的信道間傳輸。隨著理論的發(fā)展和實驗技術的進步,在量子網(wǎng)絡中,相干控制光輸運來提高量子路由器中信道間的路由率已成為當前研究的一個熱點。本文對波導系統(tǒng)中的量子路由器進行了優(yōu)化設計,并通過全量子的實空間方法研究光子與等離激元路由屬性,得到調(diào)控路由的幾個可能有效的途徑。本文主要內(nèi)容如下:(1)兩個平行的線性波導中并置兩個原子構成一個單點量子路由系統(tǒng),調(diào)控原子的失諧、偶極-偶極相互作用和原子與波導間的耦合作用可實現(xiàn)Fano型路由。因此,調(diào)控本方案設計的單點路由系統(tǒng)的偶極-偶極相互作用可為產(chǎn)生Fano共振提供一種途徑。(2)兩個平行的線性波導中耦合兩個回音壁諧振腔構成一個單光子量子路由系統(tǒng)。由于回音壁諧振腔的特殊構造,在共振情況下,調(diào)控單個回音壁諧振腔的路由系統(tǒng)可使路由率大于0.5。在兩個回音壁諧振腔構成的路由系統(tǒng)中,非共振情況下,調(diào)控兩個回音壁諧振腔間距和波導與回音壁的耦合也可實現(xiàn)高路由率。因此,本方案可為控制高量子路由率提供一個潛在應用。(3)實驗技術的發(fā)展使具有方位角的量子點可確定地放置在圓柱體納米線上。在非線性金屬納米中,研究了不同方位角的量子點對等離激元傳輸特性的影響。運用實空間的全量子理論與傳輸矩陣的方法,得到在兩個和三個量子點情況下等離激元的散射幅。通過調(diào)控量子點的方位角,可呈現(xiàn)出Fano共振和周期性最值的光譜,同時設計了等離子體開關。因此,本方案提出的量子點的方位角可作為控制等離激元在金屬納米中傳輸?shù)囊环N新調(diào)控方法。(4)兩個平行的金屬納米線中耦合兩個二能級量子點構成一個量子路由系統(tǒng),研究納米線波導的非線性離散效應對路由系統(tǒng)的影響。通過調(diào)控兩個量子點間距和等離激元與量子點的耦合,可實現(xiàn)兩納米線間高路由率的轉移,非線性離散導致了Fano共振的產(chǎn)生。因此,本方案所設計雙量子點路由系統(tǒng)可作為一種具有魯棒性的量子路由器來實現(xiàn)等離激元在兩納米線間高路由率的產(chǎn)生。本文設計的量子路由系統(tǒng)可為量子水平的光信號路由器的設計提供有益的參考。
【圖文】：

子傳播的現(xiàn)象。光子在晶體中傳播也會出現(xiàn)相類似的現(xiàn)象。光子晶體波導正是運用光子晶體的缺陷的特點來引導光子在其中的傳輸。圖2.1 光子晶體波導示意圖光的全發(fā)射可在介電波導內(nèi)部發(fā)生。隨著實驗技術的進步，一種新型的光波導—光子晶體波導也能使光在其內(nèi)部發(fā)生全反射現(xiàn)象。圖2.1是晶體光波導的示意圖，由硅（灰色區(qū)域）制成的穿孔周期的氣孔構成了光子晶體。通常，一個完美的光子晶體具有一個確定的頻率范圍和帶隙，帶隙中光不能進行傳播。傳輸通道是由一排氣孔所形成，，而缺陷帶在帶隙內(nèi)形成，這個缺陷帶可描述光子在實空間中的傳播模式。一個單光子入射到晶體光波導中，沒有被打孔的區(qū)域可以控制光子傳播路徑，在沒有能量耗散的條件下，光子能傳輸?shù)?

17]，為多信道量子路由的研究開辟了道路。圖2.2 耦合諧振腔波導示意圖[17]2.1.3 等離激元波導等離激元波導是運用低維亞波長金屬結構或是依靠間距很小的金屬顆粒的自由電子振蕩之間相互作用引導光傳輸，實現(xiàn)亞波長波導。等離激元能讓導模的橫向尺度限制在衍射極限以下，利用這特點可制造出納米波導。為了能夠有效地研究等離激元波導中的光輸運特性，科研者們制造出了納米尺度以下的等離激元波導，常見的有金屬納米線波導、V 型
【學位授予單位】：江西理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O413

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本文編號：2640379