[发明专利]光子逻辑门

摘要

本发明涉及一个基于量子开关的光子逻辑门的系统、方法和装置，其中一个或多个量子开关用于暗态共振相互作用，即三色激光和一个四能级或五能级的非线性光学介质通过非简并四波混频过程相互作用，所述非线性光学介质作用由三个基态和一个或者两个激发态组成。此光子逻辑机制是建立在将一个或多个暗态共振导致的双光子相干相结合的基础上，所述相干是通过在共同激发态光学跃迁而在三个相邻基态间进行交换的。通过非简并四波混频过程，基态间的双光子相干可以被光学探测到。由于暗态共振或电磁感应光透明，产生的非简并四波混频被增强了。本光子逻辑门方法的门时间和带宽只受相位弛豫时间限制，而不受布居数弛豫时间和载流子寿命的限制，一般来说，在固体或半导体中，相位弛豫时间比布居数弛豫时间和载流子寿命要短得多。

主权项

1、一种光子逻辑门的方法，其特征在于，所述光子逻辑门使用一个或多个量子开关，所述量子开关的非线性光学介质由三个空间相近的基态|1>、|2>、|3>和激发态|4>、|5>组成，其中所述基态间的跃迁是偶极禁止的，通过所述激发态|4>(和所述激发态|5>，如果所述|5>是实能级)，所述基态|1>和|3>、所述基态|2>和|3>、所述基态|1>和|2>之间的双光子跃迁是允许的，所述方法包含以下步骤：a)通过光波导或自由空间给所述非线性光学介质加第一道激光束作为输入光束A，频率为ωA，所述频率ωA由所述基态|1>和激发态|4>之间的第一个跃迁决定；b)通过光波导或自由空间以频率ωC施加第二道激光束C，所述频率ωC由所述基态|2>和激发态|4>之间的第二个跃迁决定；c)通过光波导或自由空间以给频率ωS施加第三道激光束S，所述频率ωS由所述基态|3>和所述激发态|4>之间的第三个跃迁决定；d)通过光波导或自由空间以频率ωR施加第四道激光束R，所述频率ωR由所述基态|3>和所述激发态|5>之间的第三个跃迁决定；e)调节所述第一道激光束A、第二道激光束C、第三道激光束S和第四道激光束R的强度，产生频率为ωQ1的非简并四波混频信号Q1，或频率为ωQ2的非简并四波混频信号Q2，其分别对应于双光子相干感应[Reρ23]2或[Reρ13]2；f)将所述的非简并四波混频信号Q1和Q2物理隔离地连接到光波导；g)通过光波导或自由空间，将两个量子开关和所述Q1或Q2分别连接起来，并共享所述S；h)连接两个量子开关，使得从一个量子开关获得的非简并四波混频信号Q1和从另外一个量子开关获得的非简并四波混频信号Q2结合起来；i)通过光波导或自由空间，连接第一个量子开关的所述Q1或Q2和第二个量子开关的所述S；j)通过光波导或自由空间，将第一个量子开关的所述Q1和Q2信号和第二、第三个量子开关的所述S分别连接起来。