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基于半导体量子点的片上集成量子光源研究的任务书
任务书：基于半导体量子点的片上集成量子光源研究
一、背景及研究意义
随着现代信息技术的快速发展，量子信息技术成为当下研究的热点。其中，量子通信、量子计算、量子密码等方面的研究引起了人们的广泛关注。而量子光源则是支撑量子通信和量子计算的核心技术，如何高效、稳定、快速地实现单光子产生与控制是当前研究的重点问题。
半导体量子点是一种具有优良单光子产生特性的纳米材料，在量子通信和量子计算中的应用前景广阔。然而，当前半导体量子点量子光源研究主要依靠外部激光库仑相互作用激发，由于外部激光存在的不确定性影响了量子光源单光子产生的效率和稳定性。而片上集成量子光源可以实现自动控制和单光子产生，有望成为将量子通信和量子计算应用于实际场景中的重要技术。
二、研究目标
本研究旨在实现基于半导体量子点的片上集成量子光源，通过以下目标达成：
1.设计合适的半导体量子点结构，达到高效、快速和稳定地产生单光子的能力。
2.研究实现在片上集成的制备技术，实现利用半导体材料结合微纳加工技术进行实现。
3.研究实现利用周围环境、工作电场等外部条件来控制光子的参数，通过射频控制研究量子光源的单光子品质调制技术。
4.实现可重复且一致性高的量子光源，并研究在实际应用场景中的应用。
三、研究内容
1.半导体量子点光子产生机制探究，设计可高效控制光子传播方向和极化方向的半导体量子点结构。
2.基于微纳加工技术的装置的设计、制备和测试，探究在半导体材料表面生长量子点的关键工艺参数，优化制备过程，实现高质量的量子点制备。
3.针对外部条件光电极、温度等的变化对量子点光子参数的变化进行研究，探索外部条件对量子点系统的控制原理，以实现对量子光学器件参数的调制。
4.探索自主控制环境下的实现可重复性高的量子光源，以此作为理论分析实际应用场景的测试平台。
四、技术路线
1.在传统的半导体光子产生机制的基础上，逐步优化光子产生机制，实现控制光子传播方向和极化方向，达到高效、快速和稳定产生单光子的能力。
2.设计制备不同结构的微纳加工芯片，探究制备技术的基础物理机制，对不同制备方案进行对比，并优化芯片的制备条件，以实现在片上集成量子光源。
3.利用微纳加工技术实现外部环境下光子参数的控制，尤其是光电极、温度等变化对单光子参数的影响，建议从射频控制和其他相关方面stat分析并动态调整微纳加工芯片的环境参数。
4.利用所设计的量子光源平台进行量子光学的相关实验，并进行理论分析，最终达到实现可重复性高的量子光源。
五、预计成果与应用
本研究成功实现基于半导体量子点的片上集成量子光源，在以下方面具有潜在应用价值：
1.提高单光子产生效率，使量子光源单光子产生的效率和稳定性显著提升，推动量子通信和量子计算技术的发展。
2.实现基于微纳加工技术的生长半导体量子点光源制备，可以显著提高生长量子点的生长效率和限制单一量子点的发光，推动半导体量子点与微纳加工技术领域的结合。
3.打开了在集成光子芯片中建造可重复性量子器件的道路，使量子光子实验逐渐走向可重复性高、实际应用的阶段，推动量子通信和量子计算技术的应用。
六、研究计划
1.第一年：半导体量子点结构设计与优化、芯片制备与测试。
2.第二年：实验测试光子参数及单光子产生机制研究、外部环境因素对运动光子参数的调制。
3.第三年：开展重复性高的实际应用场景测试、量子光学实际应用研究。
七、研究经费
此研究预计需要400万元的经费，其中包括仪器设备、材料费等研究经费和研究人员及实验室的日常经费。