【摘要】：里德堡原子基于其特有的輻射壽命長(zhǎng),電偶極矩較大及其導(dǎo)致的具有長(zhǎng)程相互作用等特點(diǎn),在量子信息與量子計(jì)算領(lǐng)域中承擔(dān)著重要的作用。特別引人關(guān)注的是,里德堡原子間的偶極相互作用將會(huì)導(dǎo)致所謂的偶極阻塞現(xiàn)象:如果兩個(gè)原子同時(shí)被共振激發(fā)到里德堡態(tài),由于其間的強(qiáng)相互作用,原子的能級(jí)將發(fā)生移動(dòng),使得其躍遷頻率與驅(qū)動(dòng)光頻率之間產(chǎn)生失諧,從而降低激發(fā)概率。因此,當(dāng)一個(gè)原子被激發(fā)到里德堡態(tài)之后,周圍原子相同的里德堡態(tài)激發(fā)將受到抑制,形成激發(fā)封鎖效應(yīng)�；谂紭O阻塞現(xiàn)象,里德堡原子為諸如量子糾纏態(tài)的制備,可靠單光子源的制備以及凝聚態(tài)物理中的量子系統(tǒng)模擬等各種量子科學(xué)任務(wù)提供了一個(gè)有效的平臺(tái)。在本文中,我們探討了利用原子間相互作用及原子與驅(qū)動(dòng)光之間的失諧來操控里德堡原子之間的各種穩(wěn)態(tài)量子關(guān)聯(lián),同時(shí)研究了里德堡原子激發(fā)狀態(tài)的動(dòng)力學(xué)演化特性,并且進(jìn)一步探討了利用里德堡原子在Floquet驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)離散時(shí)間晶體的可能性。在第三章中,我們通過求解穩(wěn)態(tài)下的Lindblad主方程,在不同的原子耗散率,驅(qū)動(dòng)光失諧及原子間相互作用強(qiáng)度下研究了雙二能級(jí)里德堡原子系統(tǒng)中的各種量子關(guān)聯(lián)。我們發(fā)現(xiàn),原子—原子關(guān)聯(lián),原子—驅(qū)動(dòng)光關(guān)聯(lián)及光子—光子關(guān)聯(lián)之間存在著復(fù)雜的競(jìng)合關(guān)系。在共振驅(qū)動(dòng)的條件下,原子將在偶極阻塞區(qū)域內(nèi)形成密切的量子關(guān)聯(lián),而原子與驅(qū)動(dòng)光之間的糾纏將由于能級(jí)移動(dòng)而逐漸弱化,同時(shí)光子將呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的反聚束效應(yīng)。而在非共振驅(qū)動(dòng)條件下,系統(tǒng)中既存在偶極阻塞區(qū)域,也存在著反偶極阻塞區(qū)域。這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致系統(tǒng)中的量子關(guān)聯(lián)呈現(xiàn)出愈加豐富的特性。特別值得注意的是,與通常認(rèn)為的耗散將破壞原子間量子關(guān)聯(lián)相反,在反偶極阻塞區(qū)域,合適的原子耗散率將誘導(dǎo)產(chǎn)生原子之間的量子關(guān)聯(lián)。通過對(duì)單光子失諧進(jìn)行調(diào)控,我們可以方便地操控系統(tǒng)中的各種量子關(guān)聯(lián)。在第四章中,我們利用Lindblad主方程研究了兩個(gè)彼此之間存在相互作用的二能級(jí)里德堡原子的相干動(dòng)力學(xué)演化。對(duì)于光學(xué)失諧不同的兩個(gè)原子,我們發(fā)現(xiàn),當(dāng)二者初態(tài)均處于基態(tài)時(shí),如果相互作用強(qiáng)度等于失諧之和的三分之二,兩個(gè)原子的動(dòng)力學(xué)演化行為基本相同。另外,當(dāng)原子一初始處于基態(tài)而原子二初始處于里德堡態(tài)時(shí),如果相互作用強(qiáng)度等于失諧之差的兩倍時(shí),兩個(gè)原子的動(dòng)力學(xué)演化行為將基本相反;而如果相互作用強(qiáng)度等于失諧之和時(shí),兩個(gè)原子的動(dòng)力學(xué)演化行為將精確相反。對(duì)此,我們從態(tài)躍遷的平衡性出發(fā)給予了解釋。在第五章中,我們研究了存在最近鄰相互作用的一維封閉二能級(jí)里德堡原子鏈在Floquet驅(qū)動(dòng)下的集體動(dòng)力學(xué)演化。我們的數(shù)值模擬結(jié)果表明:當(dāng)參數(shù)合適時(shí),(1)系統(tǒng)的態(tài)布居差將以不同于哈密頓量驅(qū)動(dòng)頻率的固定頻率穩(wěn)定振蕩(意味著系統(tǒng)時(shí)間平移對(duì)稱性的自發(fā)破缺);(2)這種振蕩對(duì)于驅(qū)動(dòng)拉比頻率的擾動(dòng)可以表現(xiàn)出一定的抗性(意味著時(shí)間晶體對(duì)于時(shí)間擾動(dòng)具有魯棒性);(3)這種固定頻率振蕩的持續(xù)次數(shù)將隨著系統(tǒng)尺度的增加而增加(意味著時(shí)間晶體的持續(xù)性)。因此,我們認(rèn)為該模型可以體現(xiàn)出很好的DTC性質(zhì)。另外,我們還發(fā)現(xiàn)合適的失諧可以極大地增強(qiáng)系統(tǒng)相關(guān)DTC性質(zhì)的穩(wěn)定性,該結(jié)果為在更廣泛的參數(shù)空間中制備DTC提供了參考方案。同時(shí),我們?cè)敿?xì)討論了DTC相的邊界效應(yīng),發(fā)現(xiàn)除了傳統(tǒng)意義上關(guān)于相關(guān)驅(qū)動(dòng)參數(shù)的邊界,系統(tǒng)還表現(xiàn)出了關(guān)于系統(tǒng)尺度的階梯形邊界效應(yīng)。綜合以上,對(duì)于里德堡原子之間量子關(guān)聯(lián)的研究結(jié)果不僅有益于里德堡原子在量子信息領(lǐng)域的研究,為多原子之間量子關(guān)聯(lián)的研究打下了一定基礎(chǔ),并且對(duì)于各種量子關(guān)聯(lián)之間相互依存關(guān)系的研究做出一定貢獻(xiàn)。對(duì)于里德堡原子同相以及反相動(dòng)力學(xué)的研究的結(jié)果,一方面可以幫助人們進(jìn)一步了解里德堡原子的相干演化機(jī)制,另一方面也可以為在非偶極阻塞區(qū)域制備糾纏態(tài),以及對(duì)糾纏動(dòng)力學(xué)實(shí)現(xiàn)有效控制提供一定思路。而關(guān)于里德堡原子實(shí)現(xiàn)離散時(shí)間晶體的研究,不僅驗(yàn)證了利用二能級(jí)里德堡原子制備時(shí)間晶體的可行性,還可以幫助人們更深入地理解時(shí)間晶體的本質(zhì)及作用機(jī)制。
【圖文】：

里德堡原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)及研究其多體動(dòng)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，圖片選自文獻(xiàn)[77]

圖 1.2 離散時(shí)間晶體的制備原理，，圖片選自文獻(xiàn)[109]。對(duì)于空間晶體的研究由來已久，并且已經(jīng)取得了諸多重要的成果。而來lczek 在講述空間晶體的課堂上，忽然產(chǎn)生了時(shí)間晶體的想法：按照相對(duì)活在由三個(gè)空間軸與一個(gè)時(shí)間軸所構(gòu)成的四維空間中，既然在空間軸可
【學(xué)位授予單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O413;O562

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本文編號(hào)：2633046