那么啥是理想量子点激光器呢?如果某种半导体晶体在三个空间维度上的尺寸大小,均与载流子在该材料中的德布罗意波长或电子的平均自由程相当或更小,而同时该晶体又被禁带宽度更大的垒层材料所包围,这就构成了量子点结构。典型的量子点尺寸大小在10nm 左右,约包含104个原子,属于纳米材料的范畴。理论分析表明,量子点中载流子在材料中的运动受到三维限制,也就是说电子的能量在三个维度上都是量子化的。量子点具有类似于原子的分立能级,这使它的性质远比量子阱和量子线更为独特,各种量子化效应,诸如量子尺寸效应、量子干涉效应、量子隧穿效应和库仑阻塞效应等,更加显著。这些效应直接影响量子点的电子结构、输运和光学等各种物理性质,有十分诱人的应用前景。 说到量子点激光器的发展,1996-1997年是量子点激光器研制迅速发展的两年,国际上包括中国在内有众多的研究小组,加入到量子点激光器的研制行列,极大地促进了量子点激光器的研究发展。随着研究的深入,实际制作的量子点激光器的阈值电流密度己经远远低于传统激光器以及量子阱激光器。2004年东京大学和富士通报道,试制成功了工作在1.3μm波长、可将温度导致的光功率变动幅度控制到原来1/6左右的量子点激光器。这项重大进展有助于实现小型、低价位和低功率的消费性光信号发射器,城域及高速光学局域网络可望因此而受惠。而在我国,中科院半导体研究所已经获得砷化镓基近红外波段半导体光电子材料生长和激光器研究项目的重要突破。 据“ 华强电子网”2016年8月10日发表的同上标题的文章报道:美国国家标准技术局和斯坦福大学及西北大学的科学家2007年也发明了一种微米大小的固体激光器,这种装置的性能中,量子点起到决定性作用──它能在低于微瓦的能量条件下接通;这些高效的光学设备能制造出低能激光,能用于电信、光学计算机等领域。他们做的实验是通过在砷化镓上铺上一层砷化铟,得到新型激光──原子格之间的不匹配形成了量子点;这些材料被做成一定大小的盘,使得900纳米的红外光能沿着盘边缘旋转。整个区域含有约60个量子点,这能作为激光使用。通过利用非共振频率的光就可以激发出光。 但是量子点之间彼此并不相同,每个量子点之间的细微差别意味着它们的发射频率也有所不同,而且温度也会有一定影响。量子点激光器的优势,不仅在于它们的体积很小,更在于它们能在极低的能量下运作。传统激光器有数量很多的发射器,它们限制在一个光学腔内。光在腔内来回反射放大,最终形成激光。在这10年前第一个量子点激光器的发明,量子点是晶体结构中的纳米级别区域,它们能捕获在半导体中传导电流的电子及空穴。当捕获的电子和空穴重新配对后,特定频率的光就被发射出来。 【5、结束语】 总之,实现三旋运算法则在单通道量子计算机中的应用,追求的是在量子计算中实现旋束态的三旋运算法则的运用。当运行量子运算法则时,采用的标准方法也类似于传统计算机所使用的逻辑门,。 但其量子计算机模型使用的是旋束态;旋束态是一个极其错综复杂的多种量子状态,这是基于环量子有面旋、体旋、线旋等三种自旋及其排列组合决定的。旋束态的三旋算法量子计算应用,也跟今天正在使用的用光的颜色编码的光纤电话很类似,即这种量子计算类似"颜色调制"的原理是:调制器采用一个棱镜把普通白光分成七种颜色,投向枢轴上固定的反射镜;而枢轴的转动角度是受打出的电话信号编码控制的,因此连着枢轴反射镜反射的颜色变化,是同打出的电话信息一致的。不同颜色的光经过一个透镜聚焦进入光纤中,接收机将这些颜色的组合经过解码机解码,复现出话的声音,让接电话人收听。因此,设计的量子计算机也可完全基于光,在一个旋束态中也可利用四个纠缠光子,量子信息被编码成一个一个的光子。 信息存贮于每个光子的偏振中,水平或者垂直及两者之间的重叠部分。紫外线激光注入一个晶体之中,在一个方向上产生一对纠缠光子。然后激光束会遇到一面镜子发生反射,在其第二次通过晶体时产生另外一对纠缠光子。这时四个光子在分光器中相互作用形成用于量子计算的旋束态源。将三旋运算法则作为测量次序,当在一个特定的基础中进行测量时,可使用量子共有纠缠来操控量子信息。 类似传统计算,将旋束态视为“硬件”,测量方法视为“软件”,可把三旋运算法则应用于更大的系统。人体这种量子计算机因环境的变动而受影响较少,但人工做出的量子计算机,它的量子系统会因环境的微小变动而受影响,而难于使用更大的旋束态源来获得精确的计算。当增加量子比特数量时,就需要解决一些物理和技术方面的障碍。 参考文献 [1]王德奎,三旋理论初探,四川科学技术出版社,2002年5月; [2]孔少峰、王德奎,求衡论──庞加莱猜想应用,四川科学技术出版社,2007年9月; [3]王德奎,解读《时间简史》,天津古籍出版社,2003年9月; [4]王德奎、林艺彬、孙双喜,中医药多体自然叩问,独家出版社,2020年1月; [5]王德奎,与李淼教授讨论弦宇宙学──读《超弦理论的几个方向》,AcademArena,Volume 12 , Number 10 , October 25, 2020; [6]平角,“色电宝”芯片是“核电宝”芯片的极致──“色电宝、核电宝”芯片原理初探,Academ Arena,Volume12 , Number 11 , November 25, 2020; [7]平角, 学自然学科学与振兴双循环,Academ Arena,Volume 13, Number 1 , January25, 2021; [8]叶眺新,前夸克类圈体模型能改变前夸克粒子模型的手征性和对称破缺,华东工学院学报,1986年第2期; [9]叶眺新,从夸克到生物学,交叉科学,1986年第1期(创刊号); [10]叶眺新,中国气功思维学,延边大学出版社,1900年5月; [11]王德奎,从卡--丘空间到轨形拓扑,凉山大学学报,2003年第1期; [12]雅龙,科学家首次将Deutsch算法应用于束态量子计算,中国科技信息网,2007年4月23日; [13]陈超,量子引力研究简史,环球科学,2012年第7期; [14]叶眺新,前夸克类圈体模型能改变前夸克粒子模型的手征性和对称破缺,华东工学院学报,1986年第2期; [15]刘月生、王德奎等,“信息范型与观控相对界”研究专集,河池学院学报2008年增刊第一期; [16]王德奎、刘月生,从电脑信息论到量子计算机信息论,凉山大学学报,2004年第4期。
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