检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：丛磊兰州大学

学位级别：博士

光和物质相互作用一直以来都是人们感兴趣的话题。近年来,人工原子(超导比特,N-V色心,量子点等)与腔场相互作用的实验系统提供了研究这一问题的新平台。随着实验技术的进步,新的现象推动着理论上描述光-物质相互作用的最简单的模型——... 详细信息

光和物质相互作用一直以来都是人们感兴趣的话题。近年来,人工原子(超导比特,N-V色心,量子点等)与腔场相互作用的实验系统提供了研究这一问题的新平台。随着实验技术的进步,新的现象推动着理论上描述光-物质相互作用的最简单的模型——量子拉比模型的发展。对于这一模型及其推广模型的研究不仅有助于我们更好的理解已有的实验现象,而且有助于我们更好的理解光-物质相互作用的本质。在本文中,我们使用一种新的理论方法来求解基本的描述光和物质相互作用的模型,本文将这一方法称之为极化子方法。这篇文章的主要内容是展示我们是如何应用极化子方法来求解描述不同的光和物质相互作用的理论模型。首先,我们将介绍应用于量子拉比模型的已有的主要研究方法。其次,我们将介绍应用于量子拉比模型的极化子方法。再次,我们将介绍如何应用这一方法研究两光子量子拉比模型。最后,我们将在一个全新的理论模型,即线性和非线性混合的量子拉比模型中看到极化子方法对于这一模型中物理现象的理解和在此基础之上求得的解析结果。首先,我们回顾了已有的对量子拉比模型进行求解的主要方法和结果。直接的数值方法,可以计算体系的能谱,并进一步研究量子拉比模型能谱的统计和动力学性质。而近似方法的研究,如广义旋波近似,广义变分方法和平均光子数相关的变分方法可以在不同情况下描述体系的物理性质,从而在部分参数区域或整个参数区域内取得较好的结果。值得强调的是最近几年在量子拉比模型的解析精确求解上取得的重要进展,新的理论方法在很大程度上促进了对量子拉比模型及其相关模型的进一步研究。其次,在对量子拉比模型的求解过程中,我们科研小组最早提出极化子方法这一解析方法。这一方法包括两个部分,第一步是对体系物理图像的分析,体系中各项的作用都逐一得到了体现。我们发现这一模型中的单光子耦合项可以使光场项所决定的与自旋上和下态相关的势阱在位置空间中发生分离。而隧穿项,则会在相互分离的势阱中分别诱导出一个附加的势阱。第二步,基于前面的极化子图像,我们可以对模型做进一步解析求解。如构建一个包含极化子与反极化子的基态试探波函数,并通过变分方法加以求解,以此来研究体系基态性质。而且,通过进一步考虑高阶的隧穿过程,我们的两极化子方法还可以推广为系统的多极化子方法。极化子方法用于量子拉比模型有两点优势,一是相比于已有的一些近似方法,我们的多极化子试探态获得的结果适用于整个参数区域,二是相比于传统的相干态展开方法,我们的方法可以更为高效的得到结果。再次,我们使用极化子方法来研究两光子量子拉比模型。我们发现极化子方法同样适用于这一描述非线性光和物质耦合的理论模型。在这一模型中,极化子方法揭示出的两光子量子拉比模型的物理图像与量子拉比模型中的相比,有不同之处,也有相通的地方。不同之处在于,双光子耦合项可以使得光场项所决定的与自旋上和下态相关的势阱在频率空间中发生分离;相通之处在于,隧穿过程仍然可以理解为在量子拉比模型中所说的两个势阱之间相互交换组份。基于这样的理解,我们可以准确构建出体系基态,并计算得到体系准确的可观测量。此外,极化子方法揭示出的体系物理图像还可用于对这一模型中存在的独特的谱崩塌问题提供新的理解。与传统的解释相比,新的理解充分考虑了隧穿诱导过程的作用,从而更加准确的解释了体系的能谱的定性特征。极化子方法在这一模型中的推广应用,不仅揭示了隧穿诱导的思想在光和物质耦合模型之中的重要作用,还启发了我们极化子方法可能还适用于更多的相关模型。最后,我们研究一个新的同时包含单光子过程和双光子过程的量子拉比模型。在这一新模型中,同时包含了线性和非线性的光和物质耦合。此前,虽然在实际体系中线性过程和非线性过程往往同时出现,但是由于后者的效果较弱而被忽略。在这一模型中,我们发现当线性光和物质耦合强度迈入强耦合区域时,一个很弱的非线性耦合会导致体系发生巨大转变,造成诸如自发对称破缺、相变等现象。我们进一步的研究表明,在弱线性耦合下,一个较强的非线性耦合也会造成体系的对称破缺,形成相变。经过全面的研究,我们在这一模型中发现了三种相变机制,在有限频率之下,他们之间会有明显区分,而在低频极限下,所有的相边界会融合在一起。在这一模型中,极化子方法提供的位移与频移共存的极化子图像帮助我们准确的理解了体系基态的性质。在同时考虑隧穿能量与势能的竞争之后,极化子方法给出了一个低频极限下的相边界,与数值的边界符合得很好。极化子方法对理解这一模型中的丰富的物理结果起到了重要作用,同时也加深了人们对光和物质相互作用模型,特别是通常被认为是可忽略的非线性过程作用的重要性的认识。本文使用极化子方法对光和物质相互作用模型进行了求解,这不仅体现了极化子方法的广泛适用性,同时也增进了人们对这些理论模型的理解。

关键词：光和物质相互作用极化子方法量子拉比模型两光子量子拉比模型线性和非线性的量子拉比模型

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数值求解量子拉比模型的耗散问题

数值求解量子拉比模型的耗散问题

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作者：武炎北京工业大学

学位级别：硕士

光和物质相互作用一直都是量子光学中重要的研究内容之一,描述单模量子光场与量子比特(二能级量子系统)相互作用的量子拉比模型是量子光学和量子信息研究中最重要的基本物理模型之一,强耦合条件下的JC模型(Jaynes-Cummings model)在量... 详细信息

光和物质相互作用一直都是量子光学中重要的研究内容之一,描述单模量子光场与量子比特(二能级量子系统)相互作用的量子拉比模型是量子光学和量子信息研究中最重要的基本物理模型之一,强耦合条件下的JC模型(Jaynes-Cummings model)在量子态相干操纵和量子信息相关研究中得到广泛应用。在目前的研究中,根据光和物质之间的耦合强度的不同,对量子拉比模型相关问题的研究分成弱耦合、强耦合、超强耦合和深强耦合四个区域进行。在弱耦合和强耦合区,利用旋转波近似得到的JC模型可以用解析方法精确求解系统的能量本征值和能量本征态,在量子计算和量子信息相关研究中取得了很大的成功。随着实验技术的不断进步和理论研究的深入探索,超强耦合和深强耦合区的物理问题亟需解决,尤其是与环境作用的量子耗散问题。在理想情况下的研究中,通常把量子系统模型当作是孤立系统,不考虑环境对量子系统的影响。但是在真实世界中,量子系统与环境的相互作用无法消除,测量和信息读取的过程都伴随着环境对量子系统的耦合影响,这些都会使得量子系统发生能量耗散和退相干。在本文中,我们利用数值模拟(Qutip软件包)方法求解量子拉比模型,得到其能量本征值和能量本征态,采用空间基矢截断的方法求解主方程。在超强耦合区,计算了能量耗散问题和二能级原子激发态几率的时间演化问题。同样的方法可以用于讨论深强耦合区的量子拉比模型中的耗散问题。

关键词：量子拉比模型量子工具箱数值模拟量子主方程

来源：评论

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量子拉比模型中的对称性与对称性破缺研究

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湖南文理学院学报（自然科学版） 2014年第2期26卷 18-21页

作者：王琼冷洋湖南文理学院物理与电子科学学院湖南常德415000 三一重工智能研究院湖南长沙410100

量子拉比模型(QRM)是描述物质与光相互作用最简单的模型之一.本文发现在存在对称性的拉比模型中,偏置的引入将破坏模型的对称性,系统出现标度行为;通过引入一个新的伊辛相互作用,模型的对称性将重新修复.发现这种对称性与对称性破缺规... 详细信息

量子拉比模型(QRM)是描述物质与光相互作用最简单的模型之一.本文发现在存在对称性的拉比模型中,偏置的引入将破坏模型的对称性,系统出现标度行为;通过引入一个新的伊辛相互作用,模型的对称性将重新修复.发现这种对称性与对称性破缺规律性的结论在N态量子拉比模型同样存在.

关键词：量子拉比模型对称性对称性破缺

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用变分量子本征求解器研究量子拉比模型的基态问题

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物理与工程 2023年第5期33卷 59-66页

作者：郝明星高一波北京工业大学理学部物理与光电工程系北京100124

在用变分法求解量子系统基态问题的研究中,采用变分量子算法求解基态的研究受到广泛的关注,作为一种量子与经典混合算法的变分量子求解器在其中发挥了重要作用。本文在开源的量子计算模拟器上运行变分量子本征求解器对量子拉比模型在超... 详细信息

在用变分法求解量子系统基态问题的研究中,采用变分量子算法求解基态的研究受到广泛的关注,作为一种量子与经典混合算法的变分量子求解器在其中发挥了重要作用。本文在开源的量子计算模拟器上运行变分量子本征求解器对量子拉比模型在超强耦合区的基态进行了讨论。在3量子比特空间中,我们采用标准二进制编码方式将量子拉比模型中的算符和量子态进行编码,并且在哈密顿量变分拟设构造的量子电路上计算得到哈密顿量最小平均值(基态能量)。最后,通过将变分量子本征求解器的计算结果与经典数值模拟方法得到的精确值进行对比,我们讨论了变分量子本征求解器的计算精度与量子电路的消耗资源(量子比特数目)以及耦合强度之间的依赖关系。

关键词：量子拉比模型变分量子本征求解器量子计算模拟器

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超强耦合电路量子电动力学系统中反旋波效应对量子比特频率移动的影响

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物理学报 2020年第12期69卷 61-67页

作者：陈臻王帅鹏李铁夫游建强北京计算科学研究中心量子物理与量子信息研究部北京100193 浙江大学物理系杭州310027 清华大学微电子学研究所量子信息前沿科学中心北京100084 北京量子信息科学研究院北京100193

从实验上研究了四结磁通量子比特与多模共面波导谐振腔构成的超强耦合电路量子电动力学系统.通过传输谱测量和数值拟合,确定量子比特与腔第一模式的耦合强度已达到0.1倍谐振腔频率,进入了超强耦合区域;通过色散读出方法得到了系统的能谱... 详细信息

从实验上研究了四结磁通量子比特与多模共面波导谐振腔构成的超强耦合电路量子电动力学系统.通过传输谱测量和数值拟合,确定量子比特与腔第一模式的耦合强度已达到0.1倍谐振腔频率,进入了超强耦合区域;通过色散读出方法得到了系统的能谱,并通过增加探测场光子,从能谱上得到了量子比特频率随探测光子的位移.这种位移不仅包含旋波项的贡献,也包含了反旋波项的显著贡献,证实我们所实现的超强耦合系统是一个良好的研究量子拉比模型的实验平台,它在量子技术的诸多方面有潜在的应用,如量子模拟、超快量子逻辑门、纠缠态制备、量子比特保护等.

关键词：磁通量子比特超强耦合量子拉比模型布洛赫-西格特位移

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光与物质相互作用系统中量子相变的调控及应用

光与物质相互作用系统中量子相变的调控及应用

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作者：刘刚兰州大学

学位级别：博士

光与物质相互作用是量子光学中的核心研究领域之一,量子拉比模型作为描述此相互作用的基础模型,该模型的研究对于深入理解量子光学和量子信息科学有重要意义。过去,由于实验技术的限制,这种相互作用被认为是弱耦合的,可以通过旋波近似... 详细信息

光与物质相互作用是量子光学中的核心研究领域之一,量子拉比模型作为描述此相互作用的基础模型,该模型的研究对于深入理解量子光学和量子信息科学有重要意义。过去,由于实验技术的限制,这种相互作用被认为是弱耦合的,可以通过旋波近似来简化求解量子拉比模型。但随着实验技术的进步,旋波近似已不再适用,需要考虑完整的量子拉比模型。尽管这个模型结构简单,但它却能蕴含许多复杂的物理现象,如量子相变、量子纠缠和量子叠加等。量子相变是一种特殊的物理现象,仅在量子系统中出现,它不同于传统由温度驱动的相变,而是由系统内的量子涨落所驱动的,这些相变通常需要系统组分趋近于无限大才能发生。但最近的研究表明,在有限组分的系统中,如量子拉比模型所描述的系统,也可以观察到量子相变,只需要满足原子频率远大于玻色场频率即可,此时系统的基态会经历从正常相到超辐射相的转变。在超辐射相中,量子拉比模型的基态是原子和光场的纠缠态,如果对原子做一个测量,光场会塌缩为压缩薛定谔猫态,其在量子计量和量子计算等领域有很重要的应用。然而,传统的量子拉比模型中忽略了所谓的A2项,在光场与原子耦合较弱时,忽略这一项是可行的,但随着耦合强度的增加,这一项的影响变得显著,从而影响到物理结果。特别地,当在模型中考虑A2项时,量子相变将不会发生,这就是所谓的止步定理。量子相变作为一种重要的量子资源,对它的研究可以帮助理解推动量子计量和量子通信等领域的发展,因此本文的主要目标是探索在考虑A2项的量子拉比模型中如何打破止步定理的限制以恢复量子相变。此外,本文还研究了在量子拉比模型中通过引入双光子非线性项和自旋偏置项的非线性量子拉比模型中的临界计量问题,并成功克服了在基于量子拉比模型中的计量方案中由于能级间隙闭合导致的计量探针态准备时间过长问题,以及拓展了计量区域。最后,我们在腔量子电动力学系统中通过考虑基于受驱动的原子和二阶非线性介质的JC模型,成功利用动力学演化的手段产生了压缩薛定谔猫态,并分析了环境对系统的影响。本文的内容安排如下: （1）我们提出了两种混合量子系统方案,旨在打破止步定理对超辐射相变的限制并恢复量子相变。第一种方案中,我们通过一个单模场耦合到一个二能级系统和具有克尔非线性相互作用的钇铁石榴石（Yttrium Iron Garnet,YIG）小球的混合量子系统,探讨了包含A2项的量子拉比模型的量子相变。克尔非线性或自旋波通过绝热消除自旋波的自由度,引入了一个额外的、强耦合的且可调的A2项,有效地抵消内在A2项的效应,从而恢复相变。研究表明,无论是忽略还是考虑内在A2项,克尔自旋波的非线性相互作用都能触发超辐射相变。特别是在忽略A2项的情况下,引入克尔自旋波显著降低了临界耦合强度,放宽了实验条件。第二种方案考虑了腔光机械混合系统中光机械模式与光场模式之间的线性耦合,提出了一种新的方法来恢复超辐射相变以克服止步定理的限制。通过绝热消除光场模式,诱导出一个额外的A2项,通过这个新增的A2项与内在A2项的竞争关系,成功打破了超辐射相变的限制,从而恢复了相变。此外,引入二阶相关函数作为新的序参数,提供了从光子数统计角度理解超辐射相变的新视角,并通过研究系统基态的高阶压缩展示了量子拉比模型基态的丰富性。（2）临界量子计量作为一种利用量子系统临界点附近的特性来提高测量精度的技术,利用这种敏感性可以被用来提高测量的精度。量子拉比模型作为一种研究临界性质的模型,随后耦合强度靠近临界点,耦合强度的微小变化,会引起如平均光子数等物理性质的显著变化,通过测量这些变化,可以非常精确地推断出引起变化的外部参数,因此可以用来做临界计量。然而在基于量子拉比模型的临界计量方案中,由于耦合强度靠近临界点时基态的能级间隙会闭合,会导致探针态准备时间存在发散的问题,即越靠近临界点探针态准备时间会越长。因此,我们这里提出一种扩展的量子拉比模型的临界计量方案,该方案可以克服基于量子拉比模型的临界计量方案中探针态准备时间发散的问题。这个模型在量子拉比模型的基础上包含了一个非线性（双光子）耦合项和一个自旋偏置项。线性和非线性相互作用导致基态对线性耦合的依赖在临界点处变的更强,在临界点附近产生了类似于一阶量子相变的效果。我们采用了静态方法,通过绝热扫描将系统准备到临界点附近,并对其进行了数值分析,其不局限于参数的缩放范围。我们证明了通过添加非线性耦合和偏置可以以不同方式提高方案的效率:（i）可以提高计量精度,并通过增加的量子Fisher信息呈现;（ii）由于在有限的物理参数下,能级间隔更大,从而可以加速绝热扫描过程,缩短计量过程所需要的时间;（iii）由于临界点的位置可以在参数空间中通过偏置项进行调节,因此可以扩展有效测量区域;（iv）可以降低对慢速谐振器极限实施的要求。（3）量子拉比模型的基态超辐射相区存在纠缠和相干效应

关键词：光与物质相互作用量子相变量子拉比模型量子计量压缩薛定谔猫态

来源：评论

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基于掺杂玻色-爱因斯坦凝聚的两模拉比模型的非经典性及其操控

基于掺杂玻色-爱因斯坦凝聚的两模拉比模型的非经典性及其操控

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作者：罗凤姣湖南师范大学

学位级别：硕士

本文基于掺杂玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)系统研究两模拉比模型的非经典性及其操控。从一个掺杂的BEC系统出发获得了两模拉比模型哈密顿量。在色散近似下推导了一个可以精确求解的有效哈密顿量。利用这个色散条件下的哈密顿量,研究了BEC的... 详细信息

本文基于掺杂玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)系统研究两模拉比模型的非经典性及其操控。从一个掺杂的BEC系统出发获得了两模拉比模型哈密顿量。在色散近似下推导了一个可以精确求解的有效哈密顿量。利用这个色散条件下的哈密顿量,研究了BEC的两个激发模式的非经典性质,包括BEC激发模式的单模压缩和双模压缩性质、两模量子相干性和两模量子纠缠。获得的主要创新结果如下。1、基于掺杂的BEC系统获得了在色散条件下的两模拉比模型的哈密顿量。在海森堡表象获得了该哈密顿量的具有普适意义的解析解。利用这种解析解研究了BEC两种激发模式的布居动力学,发现BEC的两个激发模式的总激发布居表现出周期性的崩塌复苏现象,通过调节杂质原子的初始布居可以实现对这种崩塌复苏现象的有效操控。2、研究了色散条件下的两模拉比模型中BEC的量子压缩性质。计算了BEC的单模压缩和双模压缩,发现在动力学演化过程中可以周期性地产生(?)分量的单模压缩和(?)分量的双模压缩。表明通过调控杂质原子的初始布居,可以实现对BEC的单模压缩和双模压缩效应的调控。3、研究了BEC两模量子相干性的量子动力学演化特征及杂质原子对这种量子相干性的操控。发现通过调节杂质原子的初始布居可以诱导BEC两个激发模式量子相干性出现周期性的崩塌和复苏效应。这种崩塌和复苏演化的振幅和周期依赖于杂质原子的初始布居,杂质原子初始布居的绝对值越大,崩塌和复苏的周期越短。4、研究了在色散条件下的两模拉比模型中BEC的两个激发模式之间的量子纠缠动力学以及杂质原子对这种两模纠缠动力学的影响。表明杂质原子可以诱导BEC的两模量子纠缠。发现在动力学演化过程中可以周期性或近似周期性地产生BEC的两个激发模式之间的量子纠缠。这种两模纠缠的产生与杂质原子的初始布居密切相关,杂通过调节质原子的初始布居可以两模量子纠缠的演化周期和量子纠缠存在的时间区域。

关键词：量子拉比模型玻色-爱因斯坦凝聚杂质原子单模压缩双模压缩量子相干性量子纠缠

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