一种基于量子点的可级联纠缠光源及远程量子通讯系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于自组织量子点的可级联的纠缠光源。这种光源的量子点的精细结构劈裂和波长可以独立调节，因此可以用来实现量子点之间的耦合，从而实现可级联的纠缠光源。这种纠缠光源可以用于远程量子信息以及相关的量子通讯中。

【技术实现步骤摘要】
一种基于量子点的可级联纠缠光源及远程量子通讯系统
本专利技术涉及量子信息
，尤其涉及一种基于量子点的可级联纠缠光源及远程量子通讯。
技术介绍
纠缠光源在量子信息中有广泛而重要的应用，如量子隐态传输、量子密码和分布式量子计算，等等。传统产生纠缠光子对主要是通过参量光下转换方法实现的，这种方法获得的纠缠光源是概率性的，效率低，并且有可能产生多余光子对，从而降低量子计算以及通讯的可靠性与安全性。利用半导体量子点的双激子自发辐射过程可以产生确定性的纠缠光子对，因而比参量光下转换方法有根本性的优势。图1所示为基于量子点的纠缠光源的原理图。其中H和V分别为光子的两个偏振方向，ΔFSS(FSS：精细结构劈裂，finestructuresplitting)为激子的精细结构劈裂。在此过程中，如果单激子的能级是简并的，那么它会通过两条不同的不可区分的路径湮灭，这个过程必定产生最大纠缠的量子光子对。现在技术碰到的主要问题有如下几个。第一，量子点的单激子能级不是简并的，而是有一个很大的劈裂。这个劈裂一般有几十微电子伏特，远远大于光子的均匀展宽。这意味着双激子的湮灭路径是可以区分的，因此不会有纠缠光子对的产生。第二个困难为，即便是利用外力获得了最大纠缠态，也无法实现远程通讯，因为不同量子点的发光波长是不同的，所以很难实现量子点之间的耦合。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的是提供一种基于量子点的可级联纠缠光源及远程量子通讯系统。(二)技术方案本专利技术提出一种基于量子点的可级联纠缠光源，包括一个量子点层，所述量子点层中包括量子点，在量子点层的上方和下方分别具有一个上压电层和下压电层，下压电层可以在水平面的两个方向上给量子点层施加应力，上压电层可以在垂直水平面的方向上给量子点层施加应力。根据本专利技术的具体实施方式，所述两个方向分别对应量子点的[100]和[110]方向。根据本专利技术的具体实施方式，所述量子点是InAS/GaAs量子点或者InAs/InP量子点。本专利技术还提出一种远程量子通讯系统，包括上述基于量子点的可级联纠缠光源。根据本专利技术的具体实施方式，通过偏振分光镜将两个量子点纠缠光源级联纠缠。(三)有益效果本专利技术可以保证在量子点的激子能量和精细结构劈裂的调节过程中量子点的精细结构劈裂一直近似为0，因此不会破坏所获得光子的纠缠度，由此保证量子通讯与量子计算的安全性与准确性本专利技术通过独立调节不同量子点的精细结构和波长，可以实现不同量子点的耦合，所实现的量子点纠缠光源可以满足远程量子通讯的要求。附图说明图1为量子点纠缠光源的原理图；图2A显示了量子点级联纠缠光源的示意图；图2B是本专利技术基于量子点的可级联纠缠光源的结构示意图；图2C显示了本专利技术基于量子点的可级联纠缠光源的工作状态图；图2D显示了在外加电场下量子点样品的应变行为图3A显示了本专利技术的一个实施例的基于量子点的可级联纠缠光源的InAs/GaAs量子点的结构；图3B显示了本专利技术的一个实施例中量子点精细结构劈裂随量子点所受应力的变化图4A和图4B显示了量子点发光能量和精细结构在外加垂直方向上应力的变化。具体实施方式本专利技术提出的量子点纠缠光源通过不同的外力调节量子点的精细结构劈裂以及发光波长，从而实现不同量子点的耦合。具体来说，其包括一个量子点层，量子点层中包括量子点，在量子点层的上方和下方分别具有一个上压电层和下压电层，下压电层可以在水平面的两个方向上给量子点层施加应力，该两个方向分别对应量子点的[100]和[110]方向，上压电层可以在垂直水平面的方向上施加应力。一般情况下，量子点纠缠光源的发光波长不是固定的，不同的量子点发光波长是不同的。量子点的精细结构对水平面内的应力敏感，而对垂直方向上的应力不敏感；反之，激子能量对垂直方向上的应力敏感，对水平面内应力不敏感。因此，本专利技术的所述量子点层的量子点可通过所述应力实现精细结构和波长的独立调节。图2A显示了量子点级联纠缠光源的示意图。可以通过偏振分光镜(PBS)将两个量子点纠缠光源级联纠缠。图中QD指的是量子点，λ1，-λ4是量子点所发光子的波长。因此，通过本专利技术的量子点纠缠光源可实现远程光纤通信系统。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。图2B是本专利技术基于量子点的可级联纠缠光源的结构示意图，如图所示，该光源包括一个量子点层1、位于量子点层下方的下压电层2和位于量子点层上方的上压电层3。所述量子点层1包括量子点(图中的黑点)，可以用InAS/GaAs量子点或者InAs/InP量子点实现。其中这些量子点可以是纯的量子点，也可以是合金量子点。具体实施方式将取决于具体所采用的波长范围。对于通讯波段，可以采用InAs/InP量子点。根据本专利技术，所述下压电层2可以在水平面的两个方向上给量子点层1施加应力，该两个方向分别对应量子点的[100]和[110]方向，上压电层3可以在垂直水平面的方向上给量子点层1施加应力。这样，通过三个独立源的控制，本专利技术的量子点的精细结构劈裂和波长可以由外力(包括应力和电场)独立调节。图2C显示了本专利技术基于量子点的可级联纠缠光源的工作状态图，该图中的结构与图2B中相同，但为了显示方便，未画出图2B中的上压电层3。如图2C所示，通过在压电陶瓷两个方向上加外电压(场)，可以调节水平面内两个方向上的应力。图2D显示了在外加电场下量子点样品的应变行为。如图2D所示，外加z方向上的电压(Vz)，可以对量子点产生[100]方向上的应力，外加y方向上的电压(Vy)，可以对量子点产生[110]方向上的应力。图中的P[001]表示垂直方向的压力。图3A显示了本专利技术的一个实施例的基于量子点的可级联纠缠光源的InAs/GaAs量子点的结构，如图3A所示，InAs量子点生长在GaAs盖层中。量子点可通过激子发光。图3B显示了上述实施例中量子点精细结构劈裂随量子点所受应力的变化。如图3B所示，通过同时外加[100](或[010])方向的应力，可以将量子点精细结构劈裂调节到接近于零。通过单独调节不同量子点的发光波长实现不同量子点的能量匹配，从而实现它们之间的纠缠。在这个独立调节过程中，量子点的精细结构劈裂可以保证小于均匀自然展宽，从而保证在调节过程中不会破坏量子点纠缠光源的纠缠度。图4A和图4B显示了量子点发光能量和精细结构在外加垂直方向上应力的变化。如图4A所示，量子点发光能量在很大范围随外加应力线性变化。如图4B所示，在外加垂直方向应力时，精细结构变化很小。如果引入三个独立应力，那么量子点的发光波长可以调节约20meV，而在整过区间，量子点的精细结构劈裂可以保持小于谱线的自然展宽。这个结果表明，在调节量子点的发光波长的同时，纠缠光子对的纠缠度不会被破坏。综上所述，量子点的发光波长和精细结构劈裂可以由三个应力独立调节，从而可以实现不同量子点的耦合，以及实现远程量子通讯。以上所述的具体实施例，对本专利技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本专利技术的具体实施例而已，并不用于限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于量子点的可级联纠缠光源，包括一个量子点层，所述量子点层中包括量子点，在量子点层的上方和下方分别具有一个上压电层和下压电层，下压电层可以在水平面的两个方向上给量子点层施加应力，上压电层可以在垂直水平面的方向上给量子点层施加应力。

【技术特征摘要】
1.一种基于量子点的可级联纠缠光源，包括一个量子点层，所述量子点层中包括量子点，在量子点层的上方和下方分别具有一个上压电层和下压电层，下压电层可以在水平面的两个不同方向上给量子点层施加应力，上压电层可以在垂直水平面的方向上给量子点层施加应力。2.如权利要求1所述的基于量子点的可级联纠缠光源，其特征在于，所述两个方向分别对应量子...

【专利技术属性】
技术研发人员：何力新，王建平，龚明，郭光灿，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34