基于微納光纖的量子器件研究.pdf

1、量子信息學(xué)是量子力學(xué)和信息學(xué)的交叉科學(xué)，是一門利用微觀粒子的量子力學(xué)原理來(lái)解決經(jīng)典信息學(xué)和經(jīng)典計(jì)算機(jī)所不能解決的問(wèn)題的學(xué)科。它為未來(lái)提供了很多激動(dòng)人心的可能性，而量子通信，由于其絕對(duì)的安全性，成為量子信息學(xué)中最重要的應(yīng)用方向之一。
　　光子，其抗環(huán)境干擾強(qiáng)，容易被操控，且可直接利用非常成熟的光纖傳輸技術(shù)。所以以光子為載體、光纖為信道的量子通信網(wǎng)絡(luò)是目前最被廣泛采用的技術(shù)。
　　在這些光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)中，量子光源和單光子探測(cè)器

2、是必不可少的器件，而各器件與光纖的接入損耗將直接決定了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的有效性和可靠性。因此，在光纖中直接產(chǎn)生高質(zhì)量的量子光源以及制備可以與光纖無(wú)損連接的高質(zhì)量單光子探測(cè)器可以大大降低構(gòu)建實(shí)用化量子通信網(wǎng)絡(luò)的成本，是眾多研究組致力解決攻克的課題。
　　而拉錐微納光纖，由于其強(qiáng)束縛、大倏逝場(chǎng)、色散可控、與普通通訊光纖無(wú)損連接等絕佳的特性，為解決上述兩個(gè)問(wèn)題提供了新的思路。
　　本文工作主要包括以下三部分內(nèi)容:
　　一是搭建全自動(dòng)

3、微納光纖拉錐平臺(tái)，可以拉制直徑極高精度可控(＜5nm)的高品質(zhì)微納光纖，此直徑控制精度達(dá)到目前所報(bào)道中的最高水平。
　　二是制備出長(zhǎng)腰段微納光纖（腰段長(zhǎng)度～15cm），基于此產(chǎn)生了較高產(chǎn)率和純度的相關(guān)光子對(duì)。此外，深入研究了此過(guò)程中拉曼噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，為進(jìn)一步提高相關(guān)光子對(duì)的純度以及制備此基礎(chǔ)之上的單光子源、糾纏光子對(duì)等量子光源打下了基礎(chǔ)。
　　三是設(shè)計(jì)并制備了一種微納光纖耦合型超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器，它基于微納光纖與長(zhǎng)在M

4、gF2襯底上的NbN超導(dǎo)納米線的耦合，利用了微納光纖腰段的大倏逝場(chǎng)和過(guò)渡段的絕熱傳輸特性，并利用低折射率膠提供了一個(gè)對(duì)稱的低射率膠環(huán)境和高機(jī)械強(qiáng)度的固定保護(hù)。目前，在1064nm波長(zhǎng)處已測(cè)到了51.6％的系統(tǒng)探測(cè)效率。通過(guò)改進(jìn)低折射率膠的折射率、優(yōu)化光纖直徑、提高光纖和納米線的對(duì)準(zhǔn)精度、提高納米線的生長(zhǎng)質(zhì)量等，預(yù)期可以在更短在總長(zhǎng)度下實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)探測(cè)效率。
　　總的來(lái)說(shuō)，通過(guò)制備高精度可控的高品質(zhì)微納光纖，本文制備了基于微納光纖