Nano-photonics in III-V Semiconductors for Integrated Quantum Optical Circuits

این پایان نامه زمینه جدیدی را در فیزیک مدارهای فوتونی برای کاربردهای نوری کوانتومی ایجاد می کند. مدارهای فوتونیک یا بر اساس موجبرهای برآمدگی یا کریستال های فوتونی هستند، با نقاط کوانتومی تعبیه شده که تابشگرهای نوری کوانتومی تک کیوبیتی را ارائه می دهند. نقطه برجسته این پایان نامه اولین نمایش رابط اسپین فوتون با استفاده از یک هندسه تمام موجبر، یک جزء حیاتی از یک مدار نوری کوانتومی، بر اساس گسیل تک فوتون قطعی از یک نقطه کوانتومی منفرد است. این کار با نشان دادن اثرات و محدودیت‌هایی که اختلال اجتناب‌ناپذیر بر انتشار فوتون در موجبرهای کریستال فوتونیک، یکی دیگر از اجزای کلیدی مدارهای نوری کوانتومی، ایجاد می‌کند، کمک مهم دیگری به این زمینه می‌کند. به طور کلی این پایان نامه تعدادی مشارکت بسیار جدید در این زمینه ارائه می دهد. مدارهای روی مدارهای تراشه ممکن است ثابت کنند که تنها ابزاری برای افزایش مقیاس فناوری اطلاعات کوانتومی مبتنی بر نقاط کوانتومی بسیار امیدوارکننده هستند.

This thesis breaks new ground in the physics of photonic circuits for quantum optical applications. The photonic circuits are based either on ridge waveguides or photonic crystals, with embedded quantum dots providing the single qubit, quantum optical emitters. The highlight of the thesis is the first demonstration of a spin-photon interface using an all-waveguide geometry, a vital component of a quantum optical circuit, based on deterministic single photon emission from a single quantum dot. The work makes a further important contribution to the field by demonstrating the effects and limitations that inevitable disorder places on photon propagation in photonic crystal waveguides, a further key component of quantum optical circuits. Overall the thesis offers a number of highly novel contributions to the field; those on chip circuits may prove to be the only means of scaling up the highly promising quantum-dot-based quantum information technology.