基于半导体量子点的量子计算与量子信息PDF电子书下载

总序 1

前言 3

第1章 半导体量子点形貌结构特征 1

引言 1

1.1界面涨落量子点 1

1.2自组织量子点 5

1.2.1量子点的自组织生长机制 5

1.2.2自组织量子点的密度控制 8

1.3耦合量子点 11

1.3.1自组织纵向耦合量子点 11

1.3.2自组织横向耦合量子点 14

1.3.3二维电子气耦合量子点 15

1.4微腔中的量子点 16

第2章 半导体量子点基本相干特性和单量子点探测技术 34

引言 34

2.1半导体量子点基本相干特性 34

2.1.1半导体量子点的分立能级结构 34

2.1.2量子干涉与能级寿命 36

2.1.3量子拍与能级劈裂 37

2.1.4粒子数Rabi振荡 38

2.2单量子点探测技术 41

2.2.1差分透射法 41

2.2.2纳米光谱成像法 42

2.2.3纳光电流法 43

第3章 半导体量子点激子量子比特旋转及其品质因子 48

引言 48

3.1量子比特旋转基本概念 49

3.1.1二能级体系波函数矢量与量子比特球 49

3.1.2二能级体系粒子数运动方程 50

3.1.3二能级体系Bloch矢量与Bloch球 52

3.1.4量子比特旋转及其品质因子的定义 54

3.2半导体量子点激子量子比特自由旋转品质因子Q0 55

3.2.1双脉冲激发下二能级体系粒子数运动方程 55

3.2.2激子量子比特自由旋转及其品质因子Q0 57

3.3半导体量子点激子量子比特Rabi振荡品质因子QR 58

3.3.1单个半导体量子点中10πRabi振荡的观测 58

3.3.2激发脉冲宽度对Rabi振荡品质因子QR的影响 59

3.4Rabi振荡退相干机制的分析 60

3.4.1浸润层泄漏与Auger俘获的影响 60

3.4.2双激子的影响 65

3.4.3纯位相退相干的影响 68

第4章 半导体量子点中的量子逻辑运算 74

引言 74

4.1量子逻辑门和量子算法基本概念 75

4.1.1基本量子逻辑门 75

4.1.2量子逻辑门的符号表示和量子线路 79

4.1.3量子算法 80

4.1.4量子操作保真度 84

4.2单个半导体量子点中实现控制旋转门CROT 85

4.2.1半导体量子点双激子构成的两个量子比特体系 85

4.2.2理想双激子体系中控制旋转门CROT操作方案 86

4.2.3实际双激子体系中CROT操作的粒子数运动和实验结果 88

4.3利用量子交换操作实现两个量子比特态上的粒子数交换 91

4.3.1理想半导体量子点体系两个量子比特态上的粒子数交换 91

4.3.2V型体系在双脉冲激发下的粒子数运动特性 95

4.3.3两个量子比特态上的粒子数交换操作实验结果 100

4.4半导体量子点中Deutsch-Jozsa量子逻辑运算 101

4.4.1单量子比特优化DeutschJozsa算法的操控方案 101

4.4.2单量子比特优化Deutsch-Jozsa算法的实验结果 104

4.4.3两个量子比特常规Deutsch-Jozsa算法的操控方案 105

4.4.4两个量子比特优化Deutsch-Jozsa算法的操控方案 113

第5章 半导体量子点中激子自旋弛豫和自旋交换 128

引言 128

5.1半导体量子点中能级解简并与线偏振本征态及其激子自旋 129

5.2半导体量子点中激子自旋弛豫特性 130

5.2.1半导体量子点中激子自旋弛豫的实验观测 130

5.2.2半导体量子点中激子自旋弛豫的外在机制分析 131

5.2.3半导体量子点中激子自旋弛豫的内在机制分析 134

5.3利用Uf控制门实现激子自旋交换 136

5.3.1Uf控制门与类Deutsch量子逻辑运算 136

5.3.2利用类Deutsch逻辑运算实现激子自旋交换 137

第6章 半导体量子点单光子发射 144

引言 144

6.1光发射统计特性基本概念 144

6.2连续激发下单光子发射 146

6.2.1双时归一化二阶自相关函数的量子力学形式 146

6.2.2量子力学算符的期望值和量子回归定理 147

6.2.3归一化二阶自相关函数的稳态解 148

6.2.4多个独立量子点体系的归一化二阶自相关函数 149

6.3脉冲激发下单光子发射 151

6.3.1脉冲激发下二阶自相关函数的定义 151

6.3.2脉冲激发下粒子数运动方程 152

6.3.3脉冲激发下二阶自相关函数的运动方程 153

6.3.4单光子发射效率 155

6.4脉冲激发下交叉偏振单光子发射 159

6.4.1V型多能级体系粒子数运动方程 159

6.4.2V型多能级体系二阶互相关函数运动方程 162

6.4.3交叉偏振单光子发射 164

6.5由脉冲激发过渡到连续激发 166

6.6半导体量子点单光子发射实验观测 167

6.6.1HBT光子相关度测量装置 167

6.6.2连续激发下归一化二阶自相关度的测量 168

6.6.3脉冲激发下二阶自相关函数的测量 169

第7章 半导体量子点级联多光子发射 173

引言 173

7.1单量子点中双激子三能级体系级联光子对的发射特性 174

7.1.1双激子三能级体系粒子数运动方程 174

7.1.2双激子三能级体系二阶交叉相关函数运动方程 176

7.2耦合量子点双激子体系级联光子对的发射特性 179

7.2.1耦合量子点双激子体系的粒子数运动方程 179

7.2.2耦合量子点双激子体系的二阶交叉相关矢量运动方程 183

7.2.3级联发射与脉冲面积的关系 186

7.3三激子体系级联光子对的发射特性 188

7.3.1三激子体系粒子数运动方程 188

7.3.2三激子体系二阶交叉相关函数运动方程 192

7.3.3级联发射与脉冲面积的关系 196

第8章 半导体量子点中可控纠缠光子对的发射 200

引言 200

8.1“光子对”偏振纠缠基本概念 201

8.1.1“光子对”偏振态偏振密度矩阵 201

8.1.2光子偏振态的变换 201

8.1.3光子偏振态偏振密度矩阵的测量 205

8.1.4纠缠判据与纠缠度 208

8.2半导体量子点双激子体系能级结构 213

8.3简并双激子体系纠缠光子发射特性 214

8.3.1理想简并双激子体系纠缠光发射特性 214

8.3.2自旋弛豫对二阶互相关函数和纠缠度的影响 215

8.4非简并双激子体系频谱过滤与纠缠光发射 217

8.4.1非简并双激子体系非纠缠光发射特性 217

8.4.2非简并双激子体系频谱过滤法产生纠缠光的原理 218

8.4.3频谱法分析谱过滤非简并双激子体系纠缠光发射 219

8.4.4主方程法分析谱过滤非简并双激子体系纠缠光发射 221

附录1.1半导体量子点中量子计算和量子信息标志性实验研究进展（2001—2006） 229

附录2.1单量子点能级结构示意图以及单量子点探测技术 230

附录3.1含浸润层和双激子等多能级跃迁的粒子数运动方程 232

附录4.1激子-双激子四能级体系激子动力学方程 246

附录4.2双脉冲激发下V型三能级系统激子动力学方程 258

附录5.1含粒子数泄漏与Auger俘获的激子自旋弛豫动力学方程 267

附录6.1量子回归定理及其推论 280

附录6.2脉冲激发下简单三能级体系二阶相关函数运动方程 282

附录6.3脉冲激发下V型体系二阶相关函数运动方程 289

附录7.1双激子三能级体系二阶相关函数运动方程 302

附录7.2脉冲激发下耦合量子点体系的二阶相关函数运动方程 313

附录7.3激子-双激子-三激子体系运动力学方程 337

附录7.4脉冲激发下激子-双激子-三激子体系二阶相关函数运动方程 349

附录8.1作者及其课题组发表的相关研究论文 368