Диссертация (1104083), страница 9

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

Второй адресный луч («B») был сфокусирован нарасстоянии 40мкм от первого адресного («А»). Интенсивности обоих лучей былинижепороговой(рис.1.19в,г).Отметим,чтоуправляющийлуч(«С»)перекрывался пространственно только с «А», а его импульс был перпендикуляренимпульсу «А». Когда плотность в состоянии «С» возрастает, переключение в «А»приводит к движению поляритонной жидкости в сторону «В», что в свою очередьприводит к переключению «В» и его распространению в перпендикулярномнаправлении. Данные процессы показаны на рис. 1.19д,е. Когда плотностьуправляющего состояния в первом транзисторе опускается ниже порога, обасостояния «A» и «B» переходят в состояние OFF.Стоит отметить, что два или более управляющих состояния могутспособствовать активации адресного состояния, образуя тем самым базис длялогическихопераций.Исследоваласьвозможностьиспользованиядвухраспространяющихся поляритонных состояний (обозначенных как «А» и «В» нарис.1.20) для управления выходом третьего («С»).

«А» и «В» разнесены нарасстояние 70 мкм, а «С» расположен на одинаковом отдалении и смещенагоризонтально вправо.Схема в действительности работала, как вентиль AND, если порогдостигался, когда оба «А» и «В» были в состоянии ON (правая колонка), в тожевремя работала как вентиль OR если только населенность состояний «А» или «В»были достаточны для активации «С» (левая колонка). При этом режим ANDвентиля достигался уменьшением адресной накачки на 10% по сравнению сослучаем OR-вентиля [61]. Верхняя вставка показывает случай, когда обауправляющих состояния «А» и «В» находились ниже порога.- 55 -Рис.1.20.

Трехтранзисторная схема, в которой «С» работает как AND/OR логический вентиль совходами «А» и «В». (а) – «А», «В» и «С» ниже порога, их выходная мощность меньше 35 мкВт. Левая колонка соответствует вентилю OR с (б) – «А» и «В» в состояниях ON, (в) – только «B»в состояние ON, (г) – только «A» в состоянии ON. Вентиль AND описан в правой колонке с (д)– «А» и «В» в состояниях ON, (e) – только «B» в состоянии ON, (ж) – только «A» в состоянииON.Описанные схемы, позволяющие применять экситонные поляритоны дляпередачииобработкиоптическихсигналов,используютспособностьполяритонных конденсатов находиться в когерентном состоянии, которое можетпосредством внешних воздействий передаваться из одной точки в другую.

Приэтом сильные нелинейности поляритонных систем позволяютуправлятьполяритонными сигналами за счет относительно слабых внешних воздействий.Однако большинство из описанных подходов равно как из прочих известных на- 56 -данный момент предложений по практическому применению поляритоновиспользуютмакроскопическиесвойстваполяритоннойжидкости,асоответствующие теоретические модели базируются на простых и понятныхпредставлениях о квазиконсервативном характере таких систем. Однако в то жевремя, экситонные поляритоны отличает одновременно сложная, многосоставнаяприрода, позволяющая находиться во множестве состояний одновременно, атакже присутствие сильных потерь, которые должны нетривиальным образомвлиять на динамику таких систем.В этой связи актуальным представляется исследование возможностиустановлениявдиссипативнойсистемедолгоживущихконфигураций,поддерживающих взаимную когерентность между различными состояниямиконденсата.

Применительно к задачам, использующим квантовые свойстваполяритонных сред, формирование таких состояний может представлять интересс точки зрения реализации двухуровневых макроскопически заселенных систем.Примером таких систем может служить состояние, в котором обе поляритонылокализованы на обеих поляритонных ветках одновременно, что проявляется ввиде осцилляций Раби.Существованиевследствиеестественнойрасщеплениядвухуровневойполяритонныхветок,системы,можетвозникающейявлятьсяхорошейпредпосылкой для реализации кубита, квантовые состояния которого будутмакроскопически заселены. На практике, макроскопический поляритонный кубитможетбытьиспользованпеременнымиилидлядляквантовыхквантовыхвычисленийвычисленийсснепрерывнымимакроскопическимиполяритонными состояниями [62,63]. Тем не менее, открытая и неравновеснаяприрода поляритонных систем ставит под вопрос саму возможность созданиятакогокубита,фиксированнымипосколькупоследнийиопределеннымчеткотребуетсозданиячисломчастиц,сопровождаться определенными экспериментальными трудностями.состоянийчтосможет- 57 -1.4.1.Выводы к главе 1Полупроводниковыемикрорезонаторыявляютсямногофункциональным инструментом изучения динамических и квантовыхэффектов в открытой и неравновесной системе бозонов.

Одним из самых большихдостиженийвобластиполяритоникиявляетсясозданиеиуправлениеконденсатом, который характеризуется макроскопической населенностью одногоквантового состояния, а также увеличенной временной и пространственнойкогерентностью.2.Однимизсамыхпримечательныхдостижениемсовременныхквантовых технологий является создание нового лазерного источника излучения –поляритонноголазера,работающегонапринципахбозе-эйнштейновскойконденсации экситонных поляритонов.

В отличие от традиционных лазеров,такие устройства характеризуются очень низкими пороговыми мощностямигенерации.3.Поляритоныхарактеризуютбольшаядлинакогерентности,заимствованная у фотонной компоненты, а также сильная нелинейность,возникающая из экситонной компоненты. Данный факт может быть использовандля создания различных элементов оптических цепей, которые будут обладатьпреимуществами с точки зрения времени переключения и пороговой мощности посравнению с чисто оптическими схемами. Однако в силу больших потерь временакогерентности в таких системах сильно ограничены и недостаточны для прямогоих использования в целях обработки информации.- 58 -ГЛАВА 2УВЕЛИЧЕНИЕ ВРЕМЕНИ ЖИЗНИ ОСЦИЛЛЯЦИЙ РАБИ ВСИСТЕМЕ ЭКСИТОННЫХ ПОЛЯРИТОНОВ ВПОЛУПРОВОДНИКОВОМ МИКРОРЕЗОНАТОРЕ2.1.Экситонные поляритоны в микрорезонаторе в присутствиинерезонансной накачкиВзаимодействие света с веществом порождает двухуровневую систему,Раби-дуплет, состоящий из LP и UP заселенных ортогональных поляритонныхсостояний.

В случае действия внешней интенсивной накачки, эти состояниядолжны быть макроскопически заселены. В этих терминах квантовое состояниеполяритонной системы  может быть представлено как линейная комбинацияLP и UP состояний:   1 LP  2 UP(2.1)с двумя комплексными коэффициентами, которые удовлетворяют условиюнормировки 1   2  1. Следовательно, состояние системы определяются как22заселенностями нижнего и верхнего поляритонных состояний, которые задаютсякак1,22соответственно, так относительной фазой. В случае свободнойдинамики системы коэффициенты в уравнении (2.1) эволюционируют как1  ei t i / 2 и 2  ei t / 2 , где  – произвольная фаза и 1,2 – собственные12частоты LP и UP состояний соответственно.Современный прогресс в технологии изготовления микрорезонаторовделает возможным создание структур, где Раби-осцилляторы могут быть связаныдруг с другом, тем самым открывая возможность для создания квантовоговычислительного устройства на основе поляритонов.

Однако, главная проблема- 59 -здесь – сохранение когерентности между LPи UP состояниями в течениевремени, необходимого для квантовой логической операции, или в наиболееобщем виде, в течение времени вычислений [64]. На самом деле, декогеренциясостояния происходит из-за взаимодействия системы с окружающей средой ипрепятствует применению квантовых алгоритмов [65].

Как результат, вприсутствии декогерентности состояние системы (2.1) затухает,   et / R , где R – характерное время затухания, определяемое рассеянием поляритонов изосновного состояния и утечкой фотонов из микрорезонатора.Рассмотрим экситонные поляритоны в плоском или столпообразноммикрорезонаторе под действием нерезонансной непрерывной накачки (Рис.2.1).Рис.2.1. (a) – Схема возбуждения поляритонов в микрорезонаторе, (б) – поляритоннаядисперсия и схематическое изображение процесса поляритонного рассеяния поддерживаемогонекогерентным резервуаром при   0 .Накачкапозволяетсоздатьрезервуардолгоживущихэкситонныхполяритонов с большими поперечным волновыми векторами. Пусть накачканастолько интенсивная, что в ее присутствии состояния на верхней и нижнейполяритонных ветках оказываются макроскопически заселены. Динамика Рабидуплета может быть наиболее удобным образом описана с помощью матрицыплотности.

Диагональные элементы 2  2 матрицы плотности  определяют- 60 -значения заселенностей LP - и UP -состояний: 11  N1 и 22  N 2 , в то время*как недиагональные элементы 12  21определяют когерентность между этимисостояниями. Для чистого квантового состояния, представленного в виде (2.1)11  1 , 22   2 , 12  1 2* и 21  1*2 .

В данной задаче воздержимся от22анализа полной статистики Раби-дуплета, которой может быть сдела на основеметодов,описанныхв [66].Вместо этоговоспользуемсяформализмомпсевдоспина по аналогии с тем, как это выполнено в [8]. Для простотыпренебрегаем поляритон-поляритонным взаимодействием для макроскопическизаселенных состояний. Динамика матрицы плотности задается:di   H ,    L  ,dt(2.2)где H − гамильтониан системы, в котором отличны от нуля только диагональныеэлементы, H11  E1 и H 22  E2 − энергии соответственно LP - и UP -состояний.L  – супероператор Линдблада, описывающий диссипацию в системе.Уравнения, описывающие динамику заселенностей, имеют стандартную форму:d ii dNiN  i  1  Ni Wi in  NiWi out ,dtdtii  1,2,(2.3)где  1,2 − времена жизни LP - и UP -состояний.

Характеристики

Список файлов диссертации