用于OAM与物质相互作用的量子力学框架以及在固态、生物科学和量子计算中的应用制造技术

一种方法包括首先生成平面波光束。至少一个轨道角动量被施加到平面波光束以生成和OAM光束。响应于施加到平面波光束的至少一个轨道角动量来控制半导体材料内电子在量子化状态之间的跃迁。在半导体材料处发射OAM光束以诱导在半导体材料内电子在量子化状态之间的跃迁。迁。迁。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于OAM与物质相互作用的量子力学框架以及在固态、生物科学和量子计算中的应用
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求2019年10月22日提交的题为“用于OAM与物质相互作用的量子力学框架以及在固态、生物科学和量子计算中的应用(QUANTUM MECHANICAL FRAMEWORK FOR INTERACTION OF OAM WITH MATTER AND APPLICATIONS IN SOLID STATES,BIOSCIENCES AND QUANTUM COMPUTING)”(代理人案号NXGN60
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34719)的16/660246号美国专利申请的优先权和/或权益。本申请还要求2019年9月18日提交的题为OAM BEAM INTERACTIONS WITH MATTER FOR APPLICATIONS TO SOLID STATES,BIOSCIENCES AND QUANTUM COMPUTING的62/902146号美国临时申请(代理人案号NXGN60
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32718)的优先权和/或权益，它们的说明书通过引用整体并入本文。


[0002]本专利技术涉及控制粒子在材料内的运动，更具体地，涉及使用施加到光束内的光子的轨道角动量来控制粒子的运动。

技术介绍

[0003]在光子器件中，光能用于将电子激发到更高的能级并产生响应于光能的电能或电流。控制例如半导体、生物材料和量子计算机等材料中电子状态的能力相对于这些材料具有许多优势。目前，可用的技术存在许多缺陷。因此，用于增加控制各种类型材料内电子态的能力的某些方式将在这些材料的使用和操作方面提供许多改进。

技术实现思路

[0004]如本文所公开和描述的，本专利技术在其一个方面包括一种涉及首先生成平面波光束的方法。对平面波光束施加至少一轨道角动量以生成OAM光束。响应于施加到平面波光束的至少一个轨道角动量来控制半导体材料内的电子在量子化状态(quantized state)之间的跃迁。OAM光束在半导体材料处传输以诱导在半导体材料内的电子在量子化状态之间的跃迁。
附图说明
[0005]为了更完整的理解，现在参考以下结合附图进行的描述，其中：
[0006]图1A示出了使用具有DLP的OAM量子迪特的通用量子计算机系统的各种部件的总体视图；
[0007]图1B示出了使用具有DLP的OAM量子迪特的通用量子计算机系统的框图；
[0008]图2示出了使用自旋偏振进行量子门输入；
[0009]图3示出了使用OAM进行量子门输入；
[0010]图4示出了各种类型的量子逻辑电路；
[0011]图5示出了单比特旋转门；
[0012]图6示出了两比特受控NOT门；以及
[0013]图7示出了量子迪特网络。
[0014]图8示出了用于提高所发射信号内的频谱效率的各种技术；
[0015]图9示出了用于提高所发射信号内的频谱效率的特定技术；
[0016]图10示出了在各种通信协议接口之间提供通信带宽的方式的一般概览；
[0017]图11是在通信系统内生成轨道角动量的系统的功能框图；
[0018]图12是图6中的轨道角动量信号处理块的功能框图；
[0019]图13是示出从包括多个数据流的接收信号中去除轨道角动量的方式的功能框图；
[0020]图14示出了具有两个量子自旋偏振的单波长，其提供无限数量的具有与其相关联的各种轨道角动量的信号；
[0021]图15A示出了具有自旋角动量的物体；
[0022]图15B示出了具有轨道角动量的物体；
[0023]图15C示出了携带自旋角动量的圆偏振光束；
[0024]图15D示出了携带轨道角动量的光束的相位结构；
[0025]图16A示出了仅具有自旋角动量变化的平面波；
[0026]图16B示出了施加有自旋和轨道角动量的信号；
[0027]图17A至图17C示出了施加有不同轨道角动量的各种信号；
[0028]图17D示出了各种本征模式的坡印廷矢量的传播；
[0029]图17E示出了螺旋相位板；
[0030]图18示出了使用HG模态组的正交性进行自由空间空间复用的系统；
[0031]图19示出了用于将高斯光束转换为OAM光束的各种方式；
[0032]图20示出了用于生成包含正交函数的光束的方式；
[0033]图21A至图21H示出了可用于调制光束的全息图；
[0034]图22A是数字式微反射镜器件的框图；
[0035]图22B示出了微反射镜与光源相互作用的方式；
[0036]图23示出了微反射镜的机械结构；
[0037]图24是微反射镜的功能部件的框图；
[0038]图25示出了用于改变微反射镜的位置的过程的流程图；
[0039]图26示出了用于测量所生成的光束的强度和相位的相位干涉仪的强度；
[0040]图27A示出了可以实时实现不同OAM模式之间切换的方式；
[0041]图27B示出了发射机(transmitter)处理穿过柱面透镜到达聚焦透镜的多个数据信道的方式；
[0042]图28示出了康宁7056的窗口透射曲线；
[0043]图29至图33是康宁7056的可见光和UV AR涂层窗口透射率的放大视图；
[0044]图34示出了用于使用微机电设备内的全息图来生成OAM扭转光束的电路；
[0045]图35示出了使用多个单全息图进行复用；
[0046]图36示出了用于应用OAM水平的全息图的各种简化二进制；
[0047]图37A示出了OAM和偏振处理的结合使用；
[0048]图37B示出了基本量子模块；
[0049]图38示出了量子门的示例；
[0050]图39示出了使用OAM自由度实现的量子迪特门；
[0051]图40示出了基于OAM的量子迪特隐形传输(teleportation)模块；
[0052]图41示出了校正子计算器模块；
[0053]图42示出了用于基于校正子测量来识别量子错误的校正子；
[0054]图43示出了量子计算机的框图；
[0055]图44示出了E/O调制器；
[0056]图45示出了广义CNOT门；
[0057]图46示出了由两个量子比特组成的量子寄存器上的CNOT门的运算；
[0058]图47示出了利用量子密钥分配的OAM处理系统的框图；
[0059]图48示出了基本量子密钥分配系统；
[0060]图49示出了其中两个分离的状态被组合成量子密钥分配内的单个共轭对的方式；
[0061]图50示出了可以在量子密钥分配系统内使用不同基础发送0和1比特的一种方式；
[0062]图51是示出发射机发送量子密钥的过程的流程图；
[006本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于对半导体材料的电子施加轨道角动量(OAM)的方法，包括：生成平面波光束；将至少一个轨道角动量施加到所述平面波光束以生成OAM光束；响应于施加到所述平面波光束的所述至少一个轨道角动量来控制在所述半导体材料内电子在量子化状态之间的跃迁；以及在所述半导体材料处发射所述OAM光束以诱导在所述半导体材料内所述电子在所述量子化状态之间的所述跃迁。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制的步骤进一步包括：响应于所述OAM光束与半导体材料的相互作用而控制所述半导体材料内的自由载流子的产生水平而不是控制激子的产生水平。3.根据权利要求1所述的方法，其中，控制所述跃迁的步骤进一步包括：将所述量子化状态定义为两带模型并且控制电子在第一带与第二带之间的跃迁。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制的步骤进一步包括：构建半经典哈密顿量，其中，量子力学算符定义所述半导体材料内的电子的行为，并且裸电子能和相互作用哈密顿量定义所述OAM光束内的光子的行为。5.根据权利要求4所述的方法，其中，具有电子的光子的相互作用哈密顿量提供具有所述OAM光束的所述OAM的期望值的本征向量。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述传输的步骤进一步将所述光束的所述OAM从所述OAM光束的所述光子转移到所述半导体材料的所述电子。7.根据权利要求6所述的方法，还包括：将响应于所述光束的所述OAM从所述光束的所述光子转移到所述半导体材料的所述电子而产生电流和磁场。8.根据权利要求7所述的方法，还包括：确定所产生的所述电流和所产生的所述磁场的总电流和总磁场。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述确定的步骤包括以下步骤：确定所述半导体材料内的光激发电子的总数；确定由单电子产生的第一电流和第一磁场；以及将所述光激发电子的总数乘以所述第一电流和所述第一磁场中的每一者以确定所述总电流和所述总磁场。10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制的步骤进一步包括：确定由所述OAM光束施加到所述半导体材料的电子上的所述OAM，所述确定的步骤进一步包括：确定所述OAM光束的平均场；以及确定由碰撞项修改的所述OAM光束的所述平均场，其中所述碰撞项描述响应于光激发电子的碰撞而发生的散射过程。11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制的步骤进一步包括：通过将所述半导体视为体系统来确定将OAM从所述OAM光束的所述光子向所述半导体材料的所述电子的施加，所述确定的步骤进一步包括：将所述半导体材料想象成圆柱体；以圆柱坐标量化所述半导体材料中的所述电子的电子态；响应于经量化的所述电子态来确定包括所述半导体材料的大系统的极限。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制步骤进一步包括：通过将所述半导体视为体系统来确定将OAM从所述OAM光束的所述光子向所述半导体材料的所述电子的施加，所述确定的步骤进一步包括：确定所述半导体材料的电子的广义块态；以及响应于所述广义布洛赫态来预测所述半导体材料中的电子的动力学；以及确定所述半导体材料中的所述电子的电流。13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制的步骤还包括：使用二次量化来控制在所述半导体材料内所述电子在量子化状态之间的跃迁。14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制的步骤进一步包括：使用基于马约拉纳粒子建模的光子行为...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏莱曼，
申请(专利权)人：尼克根合伙IP有限责任公司，
类型：发明
国别省市：