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总序1

前言3

第1章 半导体量子点形貌结构特征1

引言1

1.1界面涨落量子点1

1.2自组织量子点5

1.2.1量子点的自组织生长机制5

1.2.2自组织量子点的密度控制8

1.3耦合量子点11

1.3.1自组织纵向耦合量子点11

1.3.2自组织横向耦合量子点14

1.3.3二维电子气耦合量子点15

1.4微腔中的量子点16

第2章 半导体量子点基本相干特性和单量子点探测技术34

引言34

2.1半导体量子点基本相干特性34

2.1.1半导体量子点的分立能级结构34

2.1.2量子干涉与能级寿命36

2.1.3量子拍与能级劈裂37

2.1.4粒子数Rabi振荡38

2.2单量子点探测技术41

2.2.1差分透射法41

2.2.2纳米光谱成像法42

2.2.3纳光电流法43

第3章 半导体量子点激子量子比特旋转及其品质因子48

引言48

3.1量子比特旋转基本概念49

3.1.1二能级体系波函数矢量与量子比特球49

3.1.2二能级体系粒子数运动方程50

3.1.3二能级体系Bloch矢量与Bloch球52

3.1.4量子比特旋转及其品质因子的定义54

3.2半导体量子点激子量子比特自由旋转品质因子Q055

3.2.1双脉冲激发下二能级体系粒子数运动方程55

3.2.2激子量子比特自由旋转及其品质因子Q057

3.3半导体量子点激子量子比特Rabi振荡品质因子QR58

3.3.1单个半导体量子点中10πRabi振荡的观测58

3.3.2激发脉冲宽度对Rabi振荡品质因子QR的影响59

3.4Rabi振荡退相干机制的分析60

3.4.1浸润层泄漏与Auger俘获的影响60

3.4.2双激子的影响65

3.4.3纯位相退相干的影响68

第4章 半导体量子点中的量子逻辑运算74

引言74

4.1量子逻辑门和量子算法基本概念75

4.1.1基本量子逻辑门75

4.1.2量子逻辑门的符号表示和量子线路79

4.1.3量子算法80

4.1.4量子操作保真度84

4.2单个半导体量子点中实现控制旋转门CROT85

4.2.1半导体量子点双激子构成的两个量子比特体系85

4.2.2理想双激子体系中控制旋转门CROT操作方案86

4.2.3实际双激子体系中CROT操作的粒子数运动和实验结果88

4.3利用量子交换操作实现两个量子比特态上的粒子数交换91

4.3.1理想半导体量子点体系两个量子比特态上的粒子数交换91

4.3.2V型体系在双脉冲激发下的粒子数运动特性95

4.3.3两个量子比特态上的粒子数交换操作实验结果100

4.4半导体量子点中Deutsch-Jozsa量子逻辑运算101

4.4.1单量子比特优化DeutschJozsa算法的操控方案101

4.4.2单量子比特优化Deutsch-Jozsa算法的实验结果104

4.4.3两个量子比特常规Deutsch-Jozsa算法的操控方案105

4.4.4两个量子比特优化Deutsch-Jozsa算法的操控方案113

第5章 半导体量子点中激子自旋弛豫和自旋交换128

引言128

5.1半导体量子点中能级解简并与线偏振本征态及其激子自旋129

5.2半导体量子点中激子自旋弛豫特性130

5.2.1半导体量子点中激子自旋弛豫的实验观测130

5.2.2半导体量子点中激子自旋弛豫的外在机制分析131

5.2.3半导体量子点中激子自旋弛豫的内在机制分析134

5.3利用Uf控制门实现激子自旋交换136

5.3.1Uf控制门与类Deutsch量子逻辑运算136

5.3.2利用类Deutsch逻辑运算实现激子自旋交换137

第6章 半导体量子点单光子发射144

引言144

6.1光发射统计特性基本概念144

6.2连续激发下单光子发射146

6.2.1双时归一化二阶自相关函数的量子力学形式146

6.2.2量子力学算符的期望值和量子回归定理147

6.2.3归一化二阶自相关函数的稳态解148

6.2.4多个独立量子点体系的归一化二阶自相关函数149

6.3脉冲激发下单光子发射151

6.3.1脉冲激发下二阶自相关函数的定义151

6.3.2脉冲激发下粒子数运动方程152

6.3.3脉冲激发下二阶自相关函数的运动方程153

6.3.4单光子发射效率155

6.4脉冲激发下交叉偏振单光子发射159

6.4.1V型多能级体系粒子数运动方程159

6.4.2V型多能级体系二阶互相关函数运动方程162

6.4.3交叉偏振单光子发射164

6.5由脉冲激发过渡到连续激发166

6.6半导体量子点单光子发射实验观测167

6.6.1HBT光子相关度测量装置167

6.6.2连续激发下归一化二阶自相关度的测量168

6.6.3脉冲激发下二阶自相关函数的测量169

第7章 半导体量子点级联多光子发射173

引言173

7.1单量子点中双激子三能级体系级联光子对的发射特性174

7.1.1双激子三能级体系粒子数运动方程174

7.1.2双激子三能级体系二阶交叉相关函数运动方程176

7.2耦合量子点双激子体系级联光子对的发射特性179

7.2.1耦合量子点双激子体系的粒子数运动方程179

7.2.2耦合量子点双激子体系的二阶交叉相关矢量运动方程183

7.2.3级联发射与脉冲面积的关系186

7.3三激子体系级联光子对的发射特性188

7.3.1三激子体系粒子数运动方程188

7.3.2三激子体系二阶交叉相关函数运动方程192

7.3.3级联发射与脉冲面积的关系196

第8章 半导体量子点中可控纠缠光子对的发射200

引言200

8.1“光子对”偏振纠缠基本概念201

8.1.1“光子对”偏振态偏振密度矩阵201

8.1.2光子偏振态的变换201

8.1.3光子偏振态偏振密度矩阵的测量205

8.1.4纠缠判据与纠缠度208

8.2半导体量子点双激子体系能级结构213

8.3简并双激子体系纠缠光子发射特性214

8.3.1理想简并双激子体系纠缠光发射特性214

8.3.2自旋弛豫对二阶互相关函数和纠缠度的影响215

8.4非简并双激子体系频谱过滤与纠缠光发射217

8.4.1非简并双激子体系非纠缠光发射特性217

8.4.2非简并双激子体系频谱过滤法产生纠缠光的原理218

8.4.3频谱法分析谱过滤非简并双激子体系纠缠光发射219

8.4.4主方程法分析谱过滤非简并双激子体系纠缠光发射221

附录1.1半导体量子点中量子计算和量子信息标志性实验研究进展（2001—2006）229

附录2.1单量子点能级结构示意图以及单量子点探测技术230

附录3.1含浸润层和双激子等多能级跃迁的粒子数运动方程232

附录4.1激子-双激子四能级体系激子动力学方程246

附录4.2双脉冲激发下V型三能级系统激子动力学方程258

附录5.1含粒子数泄漏与Auger俘获的激子自旋弛豫动力学方程267

附录6.1量子回归定理及其推论280

附录6.2脉冲激发下简单三能级体系二阶相关函数运动方程282

附录6.3脉冲激发下V型体系二阶相关函数运动方程289

附录7.1双激子三能级体系二阶相关函数运动方程302

附录7.2脉冲激发下耦合量子点体系的二阶相关函数运动方程313

附录7.3激子-双激子-三激子体系运动力学方程337

附录7.4脉冲激发下激子-双激子-三激子体系二阶相关函数运动方程349

附录8.1作者及其课题组发表的相关研究论文368