基於半導體量子點的自旋和光子態操縱實驗研究

《基於半導體量子點的自旋和光子態操縱實驗研究》是依託中國科學技術大學，由陸朝陽擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於半導體量子點的自旋和光子態操縱實驗研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陸朝陽
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

本項目基於半導體自組裝量子點的光學操縱技術，致力於發展高頻率、可控制、高相干性的單光子源和糾纏光源，研究其品質及退相干的機理，並且通過線性光學手段，建立基於量子點確定發射源的新型多光子糾纏和光學量子計算實驗平台。我們將逐步發展量子點的光致發光、確定性電荷注入、微分傳輸、共振螢光等技術。在這個基礎上，我們將計畫進一步嘗試量子點單光子源和參量下轉換糾纏光源的雙光子Hong-Ou-Mandel干涉。同時，通過實驗與理論的結合，我們將全面分析電子自旋態動力學機制和量子點自旋耦合機制，發展並且結合電子自旋的製備，旋轉和單次測量等關鍵技術，提高自旋態的讀取速度，爭取實現電子自旋的光學全過程控制，構築下一代可升級的量子信息技術的科學基礎。

結題摘要

在實現量子計算的諸多可能中，作為“人造原子”的半導體量子點，依託迅猛發展的納米器件技術而非常容易可大規模化，被公認為是實現新型量子光源和全固態體系量子計算機的最有前途的方向之一。本課題研究基於量子點單光子和單電子的量子調控，致力於發展高品質、高亮度的單光子源，深入研究退相干的機理，建立基於量子點確定發射源的新一代多光子糾纏的量子算法演示實驗平台。在國家自然科學基金面上項目的支持下，2011-2015年，本項目負責人回國組建基於固態量子點的單光子和自旋比特的量子光學實驗平台，以通訊作者發表了Nature Nanotechnology 2篇、Nature Photonics 1篇、Phys. Rev. Lett. 4篇、Nano Lett. 1篇。主要工作包括：首次發展了量子點脈衝共振螢光技術，實現確定性單光子源、拉曼單光子源、多雷射綴飾態等，在高效率、高純度、高全同性這三項單光子源的綜合性能達到國際最優，為實現基於固態體系的大規模光子糾纏和量子信息技術奠定了科學基礎；在國際上首次在類石墨烯單原子層材料中發現非經典單光子發射，連線了量子光學和二維材料這兩個重要領域，打開了一條通往新型光量子器件的道路；以上研究成果受到了《自然》、《自然•納米技術》、《自然•材料學》、英國物理學會《物理世界》等國際媒體的廣泛報導。