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激光冷却原子、离子和纳米介观系统是近年来在量子光学、激光物理学和量子信息科学等众多学科中迅速发展起来的研究领域。将纳米机械振子冷却至量子基态不仅为验证量子力学的基本原理、研究介观系统的量子动力学性质提供理想的平台,而且在质量、自旋和位移的高精密测量以及量子信息处理等方面有重要的应用,因而如何将机械振子冷却到基态是人们广泛关注的课题。此外,著有“人工原子”称号的半导体量子点具有易于集成和扩展的优点,是量子信息科学的应用中极具潜质的载体。因此,如何利用电子的隧穿效应以及振子与各种耦合量子点的相互作用将机械振子高速、有效地冷却至其基态是人们感兴趣的问题之一。 本文主要从以下三个方面研究耦合量子点体系中机械振子的冷却方案:(1)如何克服传统的边带冷却方案中非共振跃迁对冷却速率和冷却效果的限制;(2)在弱库仑阻塞区域,耦合量子点系统中双电子暗态的存在是否可以提高机械振子的冷却效率;(3)如何同时消除携载跃迁和蓝边带跃迁引起的加热过程。 首先,在强库仑阻塞区域,我们提出如何在微波场驱动的(∧)型耦合双量子点体系中将机械振子冷却至运动基态的两个方案。第一个方案中的两个耦合量子点受一束微波场驱动;第二个方案中,两下能级间的隧穿及其与激发态之间的驱动场构成环形体系。在这两个方案中,由于电子几乎分布在制冷跃迁的下能级中且制冷过程是共振跃迁而加热过程是远离共振的,冷却速率得到显著增强而加热速率被明显地抑制,改善了振子的制冷效率。另外,我们还发现当振子的频率满足双声子吸收的条件时,振子还可以通过双声子制冷被制备到非经典态中。 其次,在弱库仑阻塞区域,我们推导出利用单电子和双电子暗态对振子进行基态冷却的条件。结果显示,在强库仑相互作用下,当振子与一个全同的三量子点耦合时,制冷和加热跃迁过程以相同的频率发生,振子不能通过单电子的暗态进行冷却。在弱库仑相互作用机制下,只要注入的两个额外电子的电荷势能不相等,双电子修饰态在暗态上下的分布就不对称,冷却过程和加热过程以不同的频率发生,因此振子可以被冷却。虽然双电子暗态和单电子暗态的冷却机制相似,但两种机制下冷却过程发生的频率完全不同。这说明可通过选择单电子或者双电子库仑阻塞机制来匹配冷却频率。双电子暗态的存在可以提高振子的冷却效果。 最后,我们提出在具有四能级结构且受微波场驱动的耦合三量子点体系中利用量子干涉将纳米机械振子冷却至基态的方案。在强库仑阻塞区域,选择适当的隧穿强度可使两隧穿过程相消干涉,电子被囚禁于系统的暗态中,从而消除由携载跃迂引起的后续加热过程。另一方面,在一定的条件下,蓝边带跃迁与微波场激发的辅助跃迁会产生类双重电磁诱导透明(Double-EIT-like)的量子相消干涉,只有红边带跃迁的制冷过程可以发生。从而完全消除了由携载跃迁引起的后续加热过程和在蓝边带跃迁中产生的加热过程。这样,囚禁于暗态的电子通过吸收一个与振子模式相同的声子并跃迁到激发态,随后隧穿到电极中。理论上,此方案在理想情况下可将振子冷却至十分接近基态。