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博碩士論文 etd-0606105-152041 詳細資訊
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論文名稱
Title
光子晶體微共振腔與原子強耦合相互作用之糾纏轉換研究
Entanglement Swapping in the Strong Coupling Interaction between the Atoms and the Photonic Crystal Microcavities
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
108
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2005-05-04
繳交日期
Date of Submission
2005-06-06
關鍵字
Keywords
糾纏轉換、腔量子電動力學、光子晶體微共振腔
cavity quantum electrodynamics, entanglement swapping, photonic crystal microcavity
統計
Statistics
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中文摘要
腔量子電動力學(Cavity quantum electrodynamics)是研究微共振腔中光場與原子強耦合相互作用的動力學過程,而高品質微共振腔是實現腔量子電動力學的關鍵。若利用光子晶體中的能帶結構製作奈米共振腔,則可以獲得極低的損耗和很小的腔模體積,並且利用此特性可以用來代替腔量子電動力學實驗上的Fabry-Perot共振腔為量子資訊提供了一種實現量子糾纏的方法。
在本篇論文中,我們要討論的是兩個二能級原子與兩個光子晶體相干態微腔場進行強耦合相互作用過程中的糾纏轉換,並針對原子經過強耦合相互作用後所處的能級分佈概率和糾纏度做探討。我們發現如果把原子製備成ㄧ對最大糾纏態原子和光子晶體相干態腔場進行強耦合相互作用,控制其相互作用時間,並對原子的輸出狀態進行測量可以實現ㄧ對二能級原子的最大糾纏態轉移成光子晶體最大相干糾纏態腔場。反之,若把共振腔場先制備成光子晶體最大相干糾纏態腔場時,並控制原子與光子晶體微共振腔體相互作用的時間,就能實現光子晶體最大相干糾纏態腔場轉變為兩個原子的最大糾纏態。我們理論證實了提供ㄧ個可以實現共振腔與共振腔(即節點與節點)之間的量子糾纏方法。
Abstract
The cavity quantum electrodynamics has been applied to investigate the strong coupling interaction dynamics process between the microcavity field and the atom. The high quality cavity is a key to the realization of cavity quantum electrodynamics. Photonic crystal nanocavities are with small mode volumes and large quality factors. Lights are confined within the nanocavity. They can be used for cavity QED experiments of Fabry-Perot cavity. We have provided a realization of a quantum entanglement method for quantum information processing.
In this paper, we discuss the entanglement swapping in the strong coupling process between two level atoms interacting with the photonic crystal microcavities fields of coherent states. We investigate the atomic level population and the entanglement degree of the system. We have found that the atomic maximal entangled state can be transformed into the photonic crystal microcavity maximal coherent entangled state cavity field, whereas the photonic crystal microcavity maximal coherent entangled state cavity field can be transformed into the atomic maximal entangled state.
目次 Table of Contents
Contents
Contents ……………………………………………………….I
List of Figures ……………………………………………….III
List of Symbols……………………………………………......V
Abstract (in Chinese) ………………………………………VII
Abstract (in English) ……………………………………...VIII


Chapter 1 Introduction……………………………………..1
1.1 Photonic crystals………………………………………………1
1.2 Photonic crystals applications……………………….4
1.3 Motivations…...………………………………………………6
1.4 Organization of the thesis……………………………...8

Chapter 2 Theory and Calculation Method………9
2.1 Dispersion relation for photonic crystals…………10
2.2 Plane-wave expansion method………………………………13
2.3 Fourier expansion of dielectric function…………….16
2.4 Two-Dimensional photonic crystal simulations results and discussions…………………………………………………...19
2.5 Conclusions…………………………………………………..26

Chapter 3 Photonic crystals of perfection lattices for QED……………………………………...28
3.1 Introduction to QED for photonic crystals…………..28
3.2 Macroscopic QED…………………………………………...30
3.3 Quantization of the electromagnetic fields in photonic crystals ………………………………………………...34
3.4 Total Hamiltonian of systems in photonic crystals….46

Chapter 4 Photonic crystals of defect states for Cavity-QED and its applications……………52
4.1 Introduction to Cavity-QED for photonic crystals….52
4.2 Cavity-QED fundamental theory……………………………57
4.3 Photonic crystal microcavity for Cavity-QED…………61
4.4 Entanglement swapping in the strong coupling process of two-level atoms interaction with photonic crystal microcavities fields of coherent states…………………...67
4.5 Results and Conclusions………………………………..81

Chapter 5 Conclusions…………………………………….88
References……………………………………………………90
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