半导体量子点中自旋态的相干操控研究

半导体量子点由于可扩展、易于集成，在基于自旋的固态量子信息过程中有着广泛的应用价值。基于自旋的固态量子信息过程的核心是在短时间内实现(与自旋退相干时间相比)自旋量子态的相干操控(任意旋转操作)。本项目拟开展量子点或量子点分子中自旋态的相干操控研究。探讨利用少周期超短激光脉冲在飞秒尺度上实现电子自旋态的超快相干操控新机制，实现电子自旋态的超快旋转；基于量子点或量子点分子中重空穴自旋态，研究体系绝热演化过程所积累的几何相位特性，探讨实现重空穴自旋单态及双重空穴自旋态的几何相干操控新方案，以此为基础进一步探讨其在固态量子信息过程中的应用，为基于电子或重空穴自旋态的固态量子信息过程提供切实可行的理论依据。

量子阱结构中的共振隧穿效应不仅可以代替控制光耦合不同的量子态，还能控制干涉的符号。通过对量子阱结构中共振隧穿对光学过程的详细研究与深入探讨，发现：（1）共振隧穿效应对交叉相位调制表现出极强的干涉增强效果，探测光脉冲与信号光脉冲对整体相位的贡献可由相消变为相长，从而在极低光强下获得π相移，实现强相互作用光子对；（2）共振隧穿可以诱导高效四波混频，增强效果在传输距离较小以及中心频率附近尤为显著。结合半导体量子阱微结构设计上的灵活性和应用上的天然优势，该理论结果为基于固态材料的量子信息过程提供理论参考；（3）基于Fano干涉探讨了电磁诱导光栅。由于Fano干涉，电磁诱导光栅信号被显著增强，一阶衍射的效果尤其明显；（4）共振隧穿可在吸收最小的透明点诱导自相位调制效应增强；（5）量子点分子中用共振隧穿耦合代替控制激光，理论分析与数值计算表明该系统支持超慢亮孤子与暗孤子；（6）提出环形腔结构中在负折射频带实现光学双稳的理论方案。