新型半导体微纳结构材料中光量子存储和受控释放的研究

光量子存储和受控释放是实现量子信息交换的关键环节。本项目结合量子光学与固体材料学原理，研究固态超快量子光学效应对光量子减速、存储及受控释放等过程作用的微观机制。探索在光子-电子强耦合的半导体微纳结构量子体系中实现光量子的减速、存储与受控释放等缓存功能的新方案和新型量子光电子器件。这种研究不仅有助于理解和掌握半导体微纳结构材料中光与物质相互作用的调控机理、量子光辐射相干控制、增强的非线性光学新特性，而且有助于促进量子光学、凝聚态物理、材料学等相关领域的交叉融合。

光量子存储和受控释放是实现量子信息交换的关键环节。本项目结合量子光学与固体材料学原理，研究了固态超快量子光学效应对光量子减速、量子输运、存储及受控释放等过程作用的微观机制。探索了在光子-电子强耦合的半导体微纳结构（包括光子晶体、光学微腔）、受限量子体系（原子、分子、量子点和氮空缺中心）中实现光量子的减速、存储与受控释放等缓存功能的新方案和新型量子光电子器件。.1．在耦合的光子晶体微腔和波导系统中，基于微腔与氮空缺中心的耦合，提出了实现N量子比特的GHZ态纠缠的理论方案，该方案的实现是基于光子的输入和输出过程。通过光子进去腔来产生额外的相移，从而产生GHZ态的纠缠。研究发现，不同的极化光子对于微腔中的不同自旋态会产生不同的相移，同时表明即使微腔具有很严重的衰减，该方法也能很好的实现GHZ态，而大的腔衰减也保证了光子的有效溢出。.2．在弱耦合条件下的光子晶体微腔和波导系统中，将三能级V型发射器嵌入微腔，在理论上研究了这种条件上光场通过发射器的透射特性，结果发现这种复合的物理系统表现出了类双电磁感应透明的性质，这拓展了输入光场透明的频谱范围，使电磁诱导透明的可控性得以改善。另一方面，方案为实现集成光子器件在多重电磁诱导透明应用方面提供了一种方法。.3．在金刚石纳米晶体中，金属纳米线与氮空缺中心相互耦合，研究了光场激发下单表面等离体极子在系统中的散射特性。研究证实，通过对一经典光束的空间调制，在从左至右的方向上，系统中交替出现了对单表面等离体极子强反射和吸收以及高透射和吸收的区域，因此可以作为一种散射光栅。由此得到的光栅要优于利用单原子和光场的弱相互作用得到的光栅，因此研究方案对于集成光栅、转换开关以及多通导下滤波器等方面可能具有实际的应用价值。.总之，这些研究不仅有助于理解和掌握半导体微纳结构、受限量子体系中光与物质相互作用的调控机理、量子光辐射相干控制、增强的非线性光学新特性，而且有助于促进量子光学、凝聚态物理、材料学等相关领域的交叉融合。