基于固有相干的量子点间隧穿特性的精密测量研究

Understanding and controlling tunneling lies at the heart of coherent control of quantum states and quantum communications in coupled quatum dots. Based on the inherent coherence, we plan to investigate fine measurement of interdot tunneling. The main research contents include: based on tunneling induced transparency, we will explore an effect scheme for enhancing Kerr and high-order nonlinearities; we will investigate the effect of interacting dark resonances on high-order nonlinearity; with nonlinear competition, we will propose an scheme of using the nonlinear phase shift to detect interdot tunneling; Fano-type spectrum may depend on the interdot tunneling, which may be further used to measure weak current; by transient optical spectrum, we plan to detect exciton dynamics; tunneling induced absorption will be proposed to explore physical mechanisms of Coulomb-mediated exciton interaction and inter-dot complex coupling; delayed nonlinear signals, such as four-wave mixing and six-wave mixing signals, will be used to monitor multi-excitons tunneling dynamics, which will extend application of coherent nonlinear spectrum in the field of quantum information.

理解和控制隧穿耦合效应是耦合量子点系统中量子态相干操控和量子信息传递的核心问题。本项目拟开展基于介质固有相干性的量子点间隧穿特性的精密测量方面的研究。主要内容包括：基于共振隧穿效应，探讨增强介质克尔非线性和高阶非线性光学特性的有效方案；探究多量子点系统中暗态间相互作用对高阶非线性的影响；在非线性竞争机制下，探讨利用非线性相移对量子点间隧穿特性灵敏探测的可行方案；探究Fano共振谱的线型对隧穿特性的依赖性，提出检测微弱隧穿电流的新方案；结合瞬态非线性光谱特性，探究激子隧穿动力学演化行为；结合隧穿诱导增强的吸收谱，精密测量能级特征，探究库仑效应辅助的激子耦合特征和激子间复杂耦合效应的物理机制；提出通过探测延迟的四波混频、六波混频等非线性信号，设计用二维相干光谱探测多激子隧穿动力学的可行方案，并进一步探究非线性光谱技术在量子信息过程中的应用。

理解和控制隧穿耦合效应是耦合量子点系统中量子态相干操控和量子信息传递的核心问题，本项目开展了基于介质固有相干性的量子点间隧穿特性的精密测量和微波电场精密测量方面的研究。主要内容包括：.（1）隧穿增强非线性特性的研究。探讨了增强介质克尔非线性和高阶非线性光学特性的有效方案，提出了利用非线性竞争机制调控介质色散的有效方案[Sci.Rep. 6, 3825(2016)]。.（2）单激子隧穿测量研究。首次提出了利用非线性吸收谱探测量子点间隧穿变化，研究发现三阶非线性吸收谱具有线宽窄、峰值大、响应范围宽等特点，数值结果显示该方案能探测0.2μeV以下的弱隧穿效应[Appl.Phys. 109, 141101 (2016)]；提出了利用非线性增益谱表征隧穿变化，提高介质非线性增益的探测灵敏度约10倍[Opt. Commun. 403,175 (2017)]；提出了利用光谱的非对称性感知隧穿强度变化，其探测灵敏度比线性测量方案提高了约10倍[J.Opt.Soc.Am. B 37, 852(2020)]。.（3）隧穿器件吸收特性研究。分析了耦合量子点系统的隧穿诱导吸收特性，发现共振隧穿可以显著增强非线性吸收而且调节控制场失谐可以大大拓宽非线性吸收谱带宽，比线性吸收谱宽一个数量级[J. Opt.19, 095504 (2017)]；提出了基于量子阱的腔场完美吸收方案[J.Opt.Soc.Am.B 35, 81(2018)]。.（4）微波电场精密测量研究。首次提出了光学腔增强的微波电场测量方案，其可探测的微波场场强仅为传统的方法1/8[J.Opt.Soc.Am.B 35, 2272(2018)]；首次提出基于主动拉曼增益（ARG）的微波电场测量方案，多普勒效应可以将测量灵敏度提高了10倍[J.Opt.Soc.Am. B 34, 2134(2019)]；进一步分析了集合效应对微波测量灵敏度的影响[J.Opt.Soc.Am. B 37, 1664(2020)]。