基于量子绝热捷径技术的光波导分束器设计

用于加快量子绝热“慢”过程的量子绝热捷径技术, 已广泛应用于原子、分子和光物理.基于耦合波导的量子光学类比, 利用量子绝热捷径技术设计光学波导的耦合系数与传播常数, 实现快速的光波导分束器件. 通过数值模拟, 并与共振耦合和绝热耦合波导进行比较. 结果表明, 量子绝热捷径技术所设计的光学波导分束器具有长度短、输出稳定性高的优势.     

耦合谐振子的量子绝热捷径设计

量子绝热捷径技术旨在加快量子绝热慢过程, 已经被广泛用于原子的冷却、转移等量子信息处理过程. 研究耦合谐振子模型的量子绝热捷径设计及其热机应用, 基于耦合谐振子模型的量子不变量, 首先得到 Ermakov 方程, 然后反设计耦合谐振子频率, 最终加快绝热过程而不产生末态激发. 本工作为耦合谐振子的量子态操控及超绝热量子热机提供了新思路.     

和频过程中的超绝热演化与能量最大转换

基于准相位匹配技术和量子物理中的反向透热补偿方法,提出了一种超绝热条件下信号场能量完全转换成和频场能量的新方案.利用几何旋转面巧妙地揭示出系统附加反向透热补偿项的物理作用机理;类比弹性碰撞的物理过程,形象地说明了附加反向透热补偿修正项后系统能量转换的特性.借助于原子物理中的Bloch矢量法,清晰的展示了系统在超绝热条件下的演化过程,从新的角度图像化的揭示出体系捷径演化物理过程.利用这一新方案可优化系统的绝热演化过程、缩短耦合区间和非线性晶体长度,减少色散效应的影响,且可在较弱泵浦条件下实现高效的和频能量转换.该方案不仅为非线性光学器件的设计提供了一个很好的理论依据,而且其物理思想可普遍应用于多个领域.     

半导体量子点中电子态的绝热捷径控制

量子态的精确制备和相干控制是量子信息处理和固态量子计算中的重要任务.近年来,量子绝热捷径技术已经被广泛用于原子的冷却、转移等量子信息处理过程,旨在加快绝热慢过程,提高量子态制备和传输的保真度.介绍了量子绝热捷径技术中不变量反控制法、量子无摩擦动力学等不同方案在半导体量子点中电子态快速且高保真的控制应用,并分析了各类方法...     

超导非绝热几何量子计算及其优化控制

为实现量子门的高保真度和强鲁棒性,提出基于超导量子电路体系的非绝热几何量子计算方案.仅通过对超导比特施加含时共振微波驱动的方式,可以在超导比特上实现任意的单比特几何量子门.同时,在2个电容耦合的超导比特体系中,非平庸的2比特几何量子门也可以类似地实现.结果表明:提出的非绝热几何量子计算方案不仅对几何量子操作具有较好的鲁棒性,还可以与优化控制技术兼容,进一步增强量子门的鲁棒性.该方案的提出使容错固态量子计算的研究与发展向前迈出了重要的一步.     

基于绝热电路三要素理论的绝热定时器设计

为了设计低功耗定时器,首先利用钟控传输门绝热逻辑电路设计绝热触发器,然后在分析C54X的定时器结构基础上,利用绝热电路三要素理论,结合钟控传输门绝热逻辑电路及其绝热触发器的特性,提出绝热定时器的设计新方案。最后,在采用TSMC 0.25μm CMOS工艺器件参数情况下,对依此理论设计的绝热定时器进行HSPCIE模拟,结果表明:该定时器逻辑功能正确,低功耗特性明显。     

光子晶体多路选择器的设计和仿真

以时域有限差分法(FDTD法)和介质波导定向耦合理论为基础,模拟了光在光子晶体耦合器中的传输情况:当耦合器长度为拍长的整数倍时,光经过耦合沿输入波导输出;当耦合器长度为半拍长的奇数倍时,光经过耦合后从另一波导输出.我们设计了一个四端口的光子晶体多路选择器,实现了将3种不同波长的光进行分离.同时还提出了通过光子晶体耦合器的耦合长度来计算光波传输的群速度的方法.     

非局域非线性介质中孤子的绝热捷径压缩

近年来, 量子绝热捷径(shortcut to adiabaticity, STA)技术被 用以加速缓慢的绝热过程. 基于光学类比方法, 采用结合变分法和绝热捷径技术的反控制方法研究非局域非线性介质中孤子的快速压缩, 并与绝热压缩技术进行了对比. 研究结果表明, 非局域对于非线性具有抑制作用, 非局域度越大, 绝热压缩技术需要的传播距离越长, 使得在非局域介质中用绝热方法压缩孤子变得比较困难, 而绝热捷径技术却依然可以在短距离内有效压缩孤子, 优势明显.     

基于绝热演化通道的任意比特对称Dicke态的制备

根据绝热通道技术及暗态的演化机制,提出多个囚禁离子量子比特的纠缠Dicke态制备方案.该方案实现了处于激发状态的离子数连续可调,可完成任意对称Dicke态的制备.离子阱系统处于暗态,且能按照量子绝热演化进行,对试验参数的涨落不敏感.离子阱系统具有良好的屏蔽性,使离子几乎不受外界环境的影响,对离子比特的量子操作有更高的保真度.     

光纤耦合的腔量子电动力学系统中的分布式量子信息（英文）

光纤耦合的腔量子电动力学系统是一个完美的理论模型,可以实现决定性的量子信息过程.该文综述了最近在光纤耦合的腔量子电动力学系统中实现分布式量子信息处理的工作.讨论了如何在该系统中实现量子态传输、纠缠分配和量子逻辑门,并概述了多种不同的方案,如共振耦合、绝热操控、虚激发过程.最后,讨论了这个方向上的实验进展.     

基于与两个巨原子相互作用的一维波导QED的非互易光子传输

通过两个全同巨原子分别有效地耦合到一维波导的两个位置,探索了波导中单光子的散射特性,提出了非互易量子开关的理论实现方案.方案中,基于两个全同原子与一维波导组成的耦合系统哈密顿量,计算得到了系统约束态,并通过调整巨原子与波导的耦合位置和耦合系数等参数模拟得出了单光子的散射特性.研究发现:当巨原子的两个引脚的间距L满足kL≠nπ(n为整数)且巨原子与波导耦合的两个耦合系数存在相位差时,光子从两侧分别输入得到的光子输运呈现非互易量子现象.尤其是光子从一侧输入时几乎全部被吸收,而从另一侧输入时则可以通过.研究结果可以用于单光子量子开关和单光子二极管等量子器件的研究.     

非厄米非旋波量子系统

根据绝热捷径技术设计一种添加非厄米反向透热Hamilton量的方法, 并研究非旋波近似下的两能级量子系统. 结果表明: 该Hamilton量具有非平衡的增益耗散项, 可实现布居数完全转移; 该方法对参数具有较强的鲁棒性; 增大不平衡的增益耗散比率可大幅度缩短演化时间.     

非厄米非旋波量子系统

根据绝热捷径技术设计一种添加非厄米反向透热Hamilton量的方法, 并研究非旋波近似下的两能级量子系统. 结果表明: 该Hamilton量具有非平衡的增益耗散项, 可实现布居数完全转移; 该方法对参数具有较强的鲁棒性； 增大不平衡的增益耗散比率可大幅度缩短演化时间.     

量子微腔中暗态原子粒子数转移的绝热条件

为了明确量子微腔中粒子数转移的绝热条件，本文利用准绝热近似方法详细地讨论了量子微腔中单模驻波场与简并三能级原子相互作用的动力学演化，定量地研究了实现粒子数经由暗态在两激发态间绝热转化的条件     

利用受激拉曼绝热技术制备腔模的高维纠缠态

将两全同原子囚禁于用光纤连接的两个光腔中,经绝热演化可以制备腔模的高维纠缠态.该方案利用受激拉曼绝热技术,只需恰当地控制原子与腔场的耦合参数,就可以有效地抑制原子的自发辐射以及光纤损耗等消相干因素的影响.     

GeSi／Si集成光对称定向耦合器

研究了一种适用于光纤通信的Ｓｉ基ＧｅＳｉ集成光波导定向耦合器,基于耦合模理论,对其功率传输特性进行了分析,得到了定向耦合器的耦合间距和耦合长度。其结果表明,在所得到的最佳耦合长度处,这种耦合器可将光从其输入波导一端１００％地耦合至另一波导并输出。     

原子波导耦合系统的多体量子纠缠产生

利用多体量子纠缠度量,研究了与一维半无限波导耦合的三个两能级原子系统纠缠产生问题.考虑原子之间的距离、原子和波导之间的手性耦合和波导有限界与原子系统的距离对量子纠缠的影响.由于镜子导致的量子反馈,使得量子系统的方程为延迟微分方程.通过求解延迟微分方程,得到原子系统的量子纠缠演化.分析发现和一维无限波导情形相比,耦合于半无限波导的原子系统中产生的量子纠缠能够持续更长时间,而且其动力学特性依赖于原子之间的距离、手性耦合强度和原子的位置.在不考虑延迟情形下,分析了手性耦合对量子纠缠的影响,发现手性耦合强度越大,量子纠缠到达最大值越快,而后更快地衰减到零.研究表明可以通过控制原子之间的距离、手性耦合强度和原子的位置来制备量子纠缠.研究对理解基于波导的多体量子纠缠产生有重要意义.     

基于两个Λ型三能级原子实现量子交换门

利用Λ型三能级原子与双模腔场的耦合和经典光场的驱动,提出在两原子间实现量子交换门的理论方案.此方案中,量子信息仅编码于原子基态上,因而其不受原子自发辐射影响.考虑在腔耗散后,通过选择合适参数,数值模拟结果表明该交换门的保真度可超过0.949.     

近红外铌酸锂光栅耦合器耦合效率优化研究

提出了一种基于铌酸锂导模结构的高效光栅耦合器设计方案及其优化的光学激发配置.利用有限时域差分算法对光栅耦合器的耦合效果进行了数值分析;主要研究了光栅周期、光栅占空比、二氧化硅隔离层厚度,以及入射光的偏振和角度对光栅耦合效率的影响;对在共振波长和非共振波长处空间光传播电场图像进行了模拟.理论仿真结果显示,在光栅周期为650 nm、光栅占空比为0.3、刻蚀深度为130 nm时,利用横磁(transverse magnetic,TM)偏振光沿光栅法线夹角17°方向入射,可获得优化的光栅耦合效率～38%,从而有效地将空间光耦合进入铌酸锂亚波长波导薄膜中,这对铌酸锂微纳光栅耦合器的设计和性能应用有借鉴和参考价值.     

弯曲光子学波导定向耦合器

采用数值模拟的方法,利用光束传输法(BPM)研究了光波在弯曲型光子学波导耦合器中的动力学传输规律。发现波导的折射率调制深度、耦合器之间的间距、每个波导的弯曲振幅都对光波的传输行为有很大的影响。此结果为利用弯曲波导调节和控制光波传输,实现全光开关和定向耦合器提供了新的思路和方法。