31561

به دست آوردن وضعيت‌هاي كيوبيتي فوتونيكي با استفاده از يك ساختار نيمه-رسانا

كارشناسي ارشد

مهندسي برق-گرايش افزاره‌هاي ميكرو و نانو الكترونيك

1396

1403/8/21

دكتر علي صدر

/

مهندسي برق

منبع‌هاي جفت فوتون درهم‌تنيده‌ي يكپارچه‌شده، براي بررسي‌هاي پايه‌اي و كاربردهاي شدني و كاري دانش اطلاعات كوانتومي، ناگزير است. در اين پايان‌نامه با بهره‌گيري از اين ويژگي، به ساختاري نيمه‌رسانا دست پيدا كرديم كه توانايي ساخت دارد، اندازه‌پذير و همگام با فناوري كنوني سيليكون بر نارسانا براي كاربرد ويژه‌ي ساخت كامپيوتر كوانتومي است؛ توانايي كار در دماي اتاق، دوري از پيچيدگي‌هاي محاسباتي دما-پايين از برتري‌هاي چنين منبع دو فوتوني است. منبع مورد پژوهش، از فرآيند غيرخطي آميزش چهار-موج خودبخودي و موجبرهاي يكپارچه‌شده‌ي يك و چند ‌مده و درهم‌تنيدگي مد-عرضي، بهره مي‌گيرد. اين منبع از چندين درجه‌ي در هم‌تنيدگي بهره مي‌برد كه بدين سان مي‌توان از برونداد اين ساختار Qudit نيز بدست آورد. چالش‌هاي بسياري براي شبيه‌سازي ساختار، كه ويژگي‌هاي كوانتومي آن نيز ديده شود و همراه با پختگي و ريزبيني نزديك به كار معمول فوتونيك باشد، وجود دارد، چرا كه رايانه‌هاي كلاسيك، توانا به شبيه‌سازي به تمامي رخدادهاي كوانتوم مكانيكي نيستند و براي آن، داشتن سامانه‌ي كوانتومي ديگري، نياز است. با اين حال، با نگاه به نياز صنعت و آكادمي، از مدلسازي‌هاي‌ كلاسيك، كوانتومي و نرم‌افزارهاي معمول روش‌ عددي، بهره برديم تا نشان دهيم كه چنين ساختاري، فوتون‌هاي درهم‌تنيده مي‌آفريند، وضعيت برونداد آن را مشخصه‌يابي كرده و در پايان، به جعبه ابزاري دست پيدا كنيم كه طراحي و به دست آوردن چنين منبع‌هايي را ساده، نزديك به صنعت و واقعيت و با اساس مستحكم نمايد. در نهايت با پارامترهايي كه براي پمپ در نگر آورده شد، نرخ آفرينش زوج فوتون براي هر پالس نوري به اندازه‌ي 5.58*10^(-9) بدست آمد كه اندازه‌اي احتمالي است. براي نرخ آفرينش زوج فوتون ميانگين اندازه‌ي 43.61 جفت فوتون در هر ثانيه بدست آمد و تراز چلاندگي به اندازه‌ي 0.000206097 dB بدست آمد.

1403/08/30

Realization of Photonic Qubit States From A Semi-conductor Structure

1/1/1900 12:00:00 AM

We have Presented Particular Ways to Partially Simulate Quantum Optical Generation of Bi-photon States in Theory and in Softwares compatible with Classic Computers, These Ways Include Quantum Approach for Calculation of States and Results from Theory well established and Also Numerical Calculations Which Serves Well The intention of Engineering and Designing Such Structures. We have Designed A Semiconductor Structure (Assumed have Silicon Waveguides but not limited to) That can Generate and Emit Entangled Phtons in Two dimentions (Frequency and Transverse Modes). We have Presented Ways to Simulate Detection by some Devices and Inject them into Whole Simulation Process. The Designed Structure Which is Simulated and shown to have Entangled Photon States, Have the Ability to Quickly be converted to Klayout and Fabricated By Resulted File. The Designed Structure Have the Abitiliy To perform in Room Temperatures and The way we Simulated Everything is very well adapted to Industry and How it need to be accurate For such View. We Presented some Approaches for Fully Characterizing The Outgoing State And Including Filters Effects In the Simulation. Some Modelings Have Presented So we could use them to Craft a way for Proving that this Structure can Emit Entangled and Non-classical States Using SFWM Process, It is Throughly Discussed and Described. The Outgoing States Have been Throughly Calculated Using Quantum Optical Approaches so They can be Fully Characterized So They can get better every time they are Optimized , changed and ReDesigned. We used That Approach And Optimized Our Structure and Artistically Simulated Everything So We Could Calculate the Resulting State, Which was Satisfying. At last this Thesis Gives The ToolBox needed For Realization of Photonic Qubit States From A Semi-conductor Structure (Photonic integrated Circuits).

درهم‌تنيدگي مد-عرضي , وضعيت‌هاي دوفوتوني درهم‌تنيده در دو-بعد , آميزش چهار-موج خودبخودي , نور غيرخطي , نور كوانتومي , مدارهاي يكپارچه شده‌ي نوري , منبع فوتون‌هاي درهم‌تنيده

Transverse-mode Entanglement , Two-dimentional Bi-photon States , Spontneous Four-Wave mixing , Non-linear Optics , Quantum Optics , Photonic Integrated Circuits , Entangled Photon Sources

Sina Dehmohseni

Dr. Ali Sadr