耦合量子点体系之机械振子压缩

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1、耦合量子点体系之机械振子压缩第一章绪论1.1背景介绍　　耦合量子点体系之机械振子压缩第一章绪论1.1背景介绍1960年，物理学家梅曼制作出了第一台红宝石激光器，激光器诞生为物理学开创了一个新的研究领域，解决了一直困扰物理研究的光源问题，从此可以提供超稳定、高强度和干涉性能好的激光光源，为量子光学的研究和现代化光通信以及量子信息的传递提供了实验基础，从此诞生了量子光学。两千多年前，物理学家已经开始利用简单的机械来探究物理规律。简单的机械元件为物理研究提供了有效的方法，时至今日，机械元件依旧是探索物理规律、研宄物理现象的一个重要载体

2、。不同的是，物理学家己经将机械元件的应用范围从经典发展到量子。而随着科技的发展，现在物理研究的高精度、高品质要求也在挑战这一古老的物理概念。机械振子是物理中最基本最简单的模型，随着纳米物理，凝聚态物理和光学的发展，先进的物理加工技术和更加精细的材料，为机械振子提供了诸多载体，如：纳米机械振子，微腔机械振子和晶体机械振子等等。在不同的机械系统中，机械振子的充当不同的角色，例如可以利用微纳米机械振子实现弱力探测，探测的空间分辨率可以达到原子尺度。电荷之间的平方反比力定律和万有引力常数的测定都是用简单的机械测量弱力典型的实验。如今，机

3、械振子被广泛用于类似于早期的探测实验，而且具有更大的灵敏度。机械振子在形式上相当于电磁谐振子，由于振荡的可控性，形成量子力学的基本元素，为量子力学的研宄提供了许多新颖和独特的观点。在过去几年中，人们对高品质的机械振子系统进行了积极探索，高品质的机械谐振子被广泛用于弱力检测，纳米操纵和传感，量子态工程，量子信息处理。在现代量子物理发展的推动下，机械振子常用于机械冷却从而实现量子极限下的零点运动和量子调控⑴。1.2量子点量子点一种典型的人工制造的材料，通常情况下，在其局部范围里大约有100-1000个电子或原子。量子点的物理性质一直

4、是一个非常活跃和富有成果的研究课题，这些点己被证明是用来研究各种各样的物理现象非常有用的系统。在一般的固体材料中，由于材料的尺寸电子的波长大得多，因此在固体材料中电子的量子局域效应不容易观察。实验上通过控制电子的自由度可以实现对电子在某个维度上的囚禁。因此在材料中将电子在两个维度上的运动范围减小到电子的波长数量级，就形成量子阱，依次减小维度，就形成量子线、量子点。因此量子点是准零维纳米材料，其中包含少量的原子，因此又将量子点称为人造原子。量子点可以展现显著的量子效应，其中半导体量子点是电子和空穴的运动被限制在三维方向上的半导体纳

5、米结构，几乎所有的电子被紧紧束缚在到半导体材料核的附近，因此自由电子和空穴的数目非常少。在这样的结构中，电子的波长很小，数量级与量子点的尺寸相当，所以电子处于离散能级，并激发出离散光谱。半导体量子点具有一些显著的优点，它们可以被进一步加工，借助于半导体技术实现功能化。过去几年中，半导体量子点在量子信息处理和通信应用己在被广泛研究。.第二章A型三能级系统中机械振子的主方程2.1前言在过去几年中，人们对含有高品质的机械谐振系统已经进行了积极探索，高品有许多潜在的应用。基于超导量质的机械振子不仅为在宏观尺度下检验量子力学提供一个重要的

6、可能性，同时还具子比特的固态器件的可设计性和构建性的需求，从而可实现量子信息处理的可调性和灵活性的优势。由于在纳米加工和非平衡冷却的改进，固态系统和量子纳米机械振子之间的相互作用的探索己经成为现实。具体的例子包括将机械振子稱合到光学腔超导器件机械振子与冷离子振动电极耦合与纳米机械悬臂稱合产生玻色一爱因斯坦凝聚机械振子与稱合双量子点的親合等等。据报道，可以通过量子点的共同相互作用产生的光学腔和一个纳米机械振子光束之间的稳定的连续变量纠缠机械振子親合量子点可以被冷却到其振动的基态。关于涉及机械振子的系统的性质的神秘感正在逐渐被发现。

7、量子压缩态光场作为一个基本工具用来探索基础量子理论在凝聚态物理，量子光学和量子信息处理基本应用和实际意义。为了更好地操作和应用机械振子，我们需要研究机械振子与稱合量子点的压缩特性。众所周知，压缩态是以增大某个量子起伏为代价来实现另一个量子涨落至低于标准量子极限。因此压缩属性通常用来提高在光通信和探测引力波调信号噪声比。最新报道显示，自旋压缩与量子纠缠的紧密关联有效的方法来处理量子通信和量子计算[59]。最近，人们研宄发现，当一个二能级原子由一个强经典场驱动，与热库稱合，只要驱动的拉比频率相比与光场库的宽度不是太小，它可以被看作是

8、親合到一个有效的压缩库。自旋系综的集体初始状态在自旋压缩下也会在不同的时间变为零。腔场的非线性親合到修饰原子可能会导致下面的量子散粒噪声极限腔场的波动受到压缩此外，在探宄实际系统中宏观量子效应时，各种方法已经提出来用于在光学机械系统产生机械压缩态包括注入非经典光