单量子点中双激子发射全同光子的制备及相关物理研究

It is one of the fundamental issues for generating indistinguishable photon based on quantum dot (QD) single photon emission in the fields of the quantum communication, quantum network, and linear quantum computation.Note that tuning the QD wavelength is required in order to generate indistinguishable photon and complete the Hong-Ou-Mandel(HOM)experiment.Here the indistinguisable photon based on emitting from QD biexciton cascade is generated and tested.The method used is to tune the biexciton binding energy and make it equal zero value through applied hydrostatic pressure. In this case, two photons emitted from biexciton emission have the identical wavelength and polazrization.In the HOM experiment with a delay in one optical path, indistinguishable photon is generated. We have also investigated the electrically driven QD single photon emission and indistinguishable photon under pressure.Note that there are lots of physics and great challenges in technique for realizing pressure-tuning exciton and biexciton emissions continuously and studying the coherence of exciton emissions. Those works can lay the foundation of the research of the solid quantum information based on flying quantum bit.

基于量子点单光子发射制备不可分辨的全同光子是量子通信、量子网络以及线性量子计算的核心问题之一。目前，主要是通过调谐两个量子点的发光波长相同来实现全同双光子的制备及相应的Hong-Ou-Mandel (HOM)实验。本项目提出利用量子点的双激子级联发射光子实现全同双光子的制备及检测，主要的研究方法是采用静水压力调谐双激子束缚能为零，此时双激子级联发射的两个光子具有相同的波长及偏振特性，通过HOM实验的延迟选择制备全同双光子。研究压力下电驱动量子点的单光子发射，及全同光子的制备和检测。实现压力下连续调谐单（双）激子发光，以及单光子的相干性研究都具有丰富的物理内涵和极大的技术挑战。这些研究内容及技术手段的开发为今后在固态体系中以光子为飞行的量子比特的固态量子信息研究提供前期研究基础。

基于量子点单光子发射制备不可分辨的全同光子是量子通信、量子网络以及线性量子计算的核心问题之一。目前，主要是通过调谐两个量子点的发光波长相同来实现全同双光子的制备及相应的双光子干涉实验。项目提出利用量子点的双激子级联发射光子实现全同双光子的制备及检测，研究内容有：InAs/GaAs 单光子发射及与腔模耦合，单量子点激子发光波长和精细结构劈裂调谐，以及硅基回音壁微腔上的InAs/GaAs 量子点单光子发射特性。利用金属圆盘结构提高单量子点荧光收集效率，以及金纳米颗粒光散射提高InAs单量子点荧光提取效率。双激子级联发射二阶关联函数的聚束效应与双激子束缚能的关系研究。压力研究闪锌矿和铅锌矿结构 GaAs 量子点光学跃迁及单光子发射特性。高亮度1.3 微米单光子发射，微柱腔增强型1.3微米单光子发射研究，1.3微米单光子发射相干Rabi 振荡。二维层状材料单光子发射机制研究，研究了低温下薄层六方氮化硼材料中单个缺陷发光的单光子特性和静水压力特性。.取得的主要研究成果有：制备了低密度InAs/GaAs 单光子发射及与腔模耦合样品，利用金刚石静水压技术和金属片单轴加压技术研究了单量子点激子发光波长和精细结构劈裂的调谐方法，使激子的峰值发光波长分别蓝移达到300nm和红移10nm。实现了硅基回音壁微腔上的InAs/GaAs 量子点单光子发射特性，得到较强的单光子发射。利用金属圆盘结构提高了单量子点荧光的收集效率，以及金纳米颗粒光散射技术提高了InAs单量子点荧光的提取效率，单光子的收据效率分别提高了21倍和7倍。 通过调谐双激子束缚能，研究了双激子级联发射二阶关联函数的聚束效应与双激子束缚能的关系。制备了1.3 微米单光子发射器件，研究了微柱腔增强型1.3微米单光子发射性能，工作温度提高到120K。在共振激发下，实现了1.3微米单光子发射相干Rabi 振荡的实验观测。在二维层状材料单光子发射机制研究方面，实验与理论结合，指认了薄层六方氮化硼材料中单个缺陷态发光特性。发表标注的SCI学术论文 17篇。