基于相互耦合光学微腔的腔电动力学研究

量子信息科学最核心的追求是实现真正的实用化。现阶段的量子信息技术，正处于逐步转向物理实现与原型器件研究的关键时期，并进一步向实用化前进。在众多物理体系中，基于单量子体系与微纳光学腔的腔电动力学系统是成为构建未来具有可集成化，芯片化等特点的实用化量子信息技术的一种主要候选手段和基本单元。因此，在实验上研究并制备各种微腔阵列，实现与量子体系有效相互作用，完成对量子态的调控并实现量子信息操作关键单元已经成为研究热点。本课题拟研究和制备高质量的微纳光学腔及相互耦合强度可控的耦合微腔系统，研究光与量子体系在固态微腔及耦合微腔系统中的相互作用，实现对光子态或者原子态等量子态的相干操纵，并在此基础上完成少量比特的量子信息处理单元。解决微纳光学腔在实现可集成化，芯片化等量子调控中的关键技术，为进一步实现量子信息操作，特别是量子仿真作初步原理性验证。

量子信息科学最核心的追求是实现真正的实用化。在众多物理体系中，基于单量子体系与微纳光学腔的腔电动力学系统是成为构建未来具有可集成化，芯片化等特点的实用化量子信息技术的一种主要候选手段和基本单元。当前的研究重点是实现耦合微腔体系以及其与单量子体系的耦合。本项目主要围绕耦合微腔以及金刚石氮-空穴色心体系进行一些列实验理论研究。实验上实现了耦合强度可调的耦合微球腔体系，实现了人工制备单个金刚石氮-空穴色心和量子态控制，并在此基础上实现了量子统计测量技术，实现了相距8.5纳米的两个金刚石氮-空穴色心的成像和探测。此外，还在光与微腔，金属表面等离子体等微纳光学结构的耦合理论方面做了系统的研究，并讨论了在量子信息技术的应用。以上研究成果为下一步实现基于微腔电动力学体系的实用化量子信息技术打下了扎实的理论实验基础，也为集成光学量子计算提供了技术基础。在项目执行过程中，在Phys. Rev. Lett.等高水平学术杂志上发表19篇研究论文以及1篇有关光学微腔的中文综述，培养了2名博士生研究生。