基于耦合腔波导的四能级原子系统量子路由器的理论研究

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1、分类号______________________________密级______________________________ＵＤＣ______________________________编号______________________________硕士学位论文基于耦合腔波导的四能级原子系统量子路由器的理论研究学位申请人：闫国安学科专业：材料物理与化学指导教师：陈爱喜教授，蔡庆宇研究员答辩日期：2016-5-31答辩独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标

2、注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人签名_______________日期____________关于论文使用授权的说明本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定，本论文无保密内容。本人签名_____

3、_______导师签名__________日期___________摘要基于耦合腔波导的四能级原子系统量子路由器的理论研究摘要经典网络促进了人类社会的进步，可以让人足不出户便可知天下事，这给人类的生活带来了极大的方便。然而，量子力学和量子信息的高速发展，促使人们开始探索量子的未知世界，一些科学家重点研究了量子网络，因为它在未来的信息通信中占据着不可替代的地位。量子网络由量子通道和量子节点组成，量子通道可以作为传输量子态的信道，而量子节点可以用来储存、处理、转移量子信息。换句话说，研究量子网络就要先研究量子节点。众所周知，经典网络中的路由器可以存

4、储和转化信息，那么，量子网络中的节点也可以作为一个量子路由器。最近几年，人们在不同的系统中基本实现了量子路由器的功能，但是更完美的量子路由器方案，是现在人们急需解决的一个难题。本文中，我们主要研究了基于耦合腔波导的四能级原子系统量子路由器。我们用耦合腔波导管作为量子通道，四能级原子系统作为中间的媒介来转发量子信息。主要的一些工作如下：(1)我们研究了信息保持单光子量子路由器。在两条无限长的耦合腔波导中嵌入一个四能级原子来实现对经典场的控制，发现关闭经典场，单光子可以从一个量子通道转化进入另一个量子通道；打开经典场，单光子只能在一条信道上反射和透

5、射。之后我们计算了原子前后的保真度，发现0，原子前后保真度一直为1，当0，原子保真度曲线先从1下降，经过一段时间，又回到最大值1处。所以，我们提出的量子路由器不但可以实现路由功能，而且可以保持量子态的信息。(2)我们研究了自发辐射控制的基于四能级原子系统的单光子路由器。原子的自发辐射可以控制量子信息从一个信道进入另一个信道，经典场不存在使量子路由器在实验上的实现减少了一定的难度。最后，我们运用刘维方程和耦合腔的输入与输出关系，发现两个耦合腔波导的耦合强度相等时，保真度曲线达到1。基于此，我们提出的这个量子路由器也可以保持量子信息。(3)

6、我们研究了单光子路由器：实现量子态的保真度。运用我们提出的方法验证了2014年PRA上的一篇关于量子路由器的文章。通过计算保真度发现保真度曲线先下降再上升，参数的改变只影响周期的变化，对其它的没有影响。所以，我们的方法可以很好的验证提出的量子路由器是不是可以保持量子信息，这也为实验上实现量子路由器提供了很好的参考。I摘要关键词：量子态转移，单光子，自发辐射，保真度，相干效应，量子通信IIAbstractTHEORETICALSTUDYOFFOUE-LEVELATOMSYSTEMQUANTUMROUTERBASEDONCOUPLED-RESONA

7、TORWAVEGUIDESABSTRACTTheclassicalnetworkpromotestheprogressofhumansociety;allowseveryonetostayathomewhileknowingeverythingintheworld,whichhasbroughtgreatconveniencetohumanlife.However,therapiddevelopmentofquantummechanicsandquantuminformationurgespeopletosetabouttoexplorethe

8、unknownworld,somescientistshavefocusedonquantumnetwork,becauseitplaysanirre