تولید حالات غیرکلاسیک نور با استفاده از نانو ساختارهای الکترونیکی

در عصر حاضر نیاز به پردازنده های پرقدرت و سیستم های امن مخابراتی بیش از پیش احساس می شود. با این وجود فناوری-های موجود نیز به آخرین حد توان ممکن از لحاظ تئوری نزدیک و نزدیک تر می شوند. سیستم هایی فراتر از محدودیت های پیش روی نیازمند فناوری های جدیدی است. علم کوانتوم زمینه ها و پتانسیل های جدیدی پیش روی محققان قرار داده است که بهره گیری از این پتانسیل ها می تواند گزینه مناسبی برای جواب گویی به نیازهای روز افزون عصر باشد. استفاده از خواص کوانتومی ذرات برای کاربردهای متفاوت روز به روز همه گیرتر می شود. خواص کوانتومی ذرات امکان گذر از محدودیت های کلاسیک را به وجود می آورند و در کنار آن بسیاری از کاربردهای جدید را فرا روی انسان می نهند. در میان این ذرات فوتون ها به دلیل جابه جایی آسان، جذب پایین و امکان آماده سازی آسان حالت کوانتومی خاص به عنوان رقیبی سرسخت برای سایر ذرات مطرح هستند. دو کاربرد عمده پیش بینی شده و مورد تحقیق برای خواص کوانتومی ذرات پردازش کوانتومی و رمز گذاری کوانتومی هستند. پردازشگرهای کوانتومی انجام پردازش های طولانی کلاسیک را در زمان معقولی میسر می سازند و رمزگذاری کوانتومی نیز نوید امنیت بدون شرط انتقال اطلاعات را می دهد. به همین دلیل این دو کاربرد علاقه محققان را در عصر حاضر به خود جلب کرده اند. در این پایان نامه مروری کوتاه بر محاسبات کوانتومی و مخابرات کوانتومی به وسیله نور خواهیم داشت. سپس به بررسی رفتار موجبرهای تحریک شده به وسیله نور غیر کلاسیک، به طور خاص تک فوتون ها، به عنوان بستری مناسب برای پیاده سازی الگوریتم های کوانتومی و آماده سازی حالات غیر کلاسیک می پردازیم. سپس به بررسی انتظارات هر کاربرد از فوتون های ورودی و می پردازیم. و در نهایت به بررسی خواص نقاط کوانتومی gan به عنوان ماده ای مناسب برای تولید تک فوتون ها پرداخته و روشی عملی را برای بهینه سازی نقاط کوانتومی برای تولید تک فوتون های بهبود یافته ارائه می دهیم. یکی از نتایج به دست آمده در این پایان نامه امکان مقاوم سازی موجبرهای کوپل شده به عنوان عناصر کوانتومی با استفاده از ایجاد عدم تطابق های عمدی در آن هاست. نتیجه دوم به دست آمده امکان جداسازی حالات کوانتومی نوری بر اساس پایه های دلخواه با استفاده از موجبرهای کوپل شده است. مطالعه رفتار اثر اشتارک در نقاط کوانتومی با پوشش خارجی ما را به این نتیجه رساند که وجود پوشش خارجی می تواند در بهبود اثر اشتارک نقش عمده ای داشته باشد. این امر نیز به نوبه خود تولید فوتون های مطلوب تر را ممکن خواهد ساخت.