本文關(guān)鍵詞：量子體系的能量操控以及微觀器件的研究

  更多相關(guān)文章： 量子體系 能量輸運(yùn) 漲落耗散定理 非平衡體系熱力學(xué)定律 量子器件

【摘要】：量子物理一直是現(xiàn)階段科學(xué)家們所關(guān)心的熱點(diǎn)問(wèn)題。由于技術(shù)工藝的進(jìn)步以及人們對(duì)于產(chǎn)品更高性能的要求,我們需要對(duì)量子體系的動(dòng)力學(xué)及其性質(zhì)有著清楚的認(rèn)識(shí)�，F(xiàn)實(shí)世界的系統(tǒng)由于不可避免的要和外界環(huán)境發(fā)生相互作用,因此研究融合有外界環(huán)境作用的量子開(kāi)放體系性質(zhì)是很有必要。而與量子開(kāi)放體系有關(guān)的一些物理現(xiàn)象,比如量子非平衡過(guò)程中的能量輸運(yùn)以及相應(yīng)的熱力學(xué)定律研究,是我們認(rèn)識(shí)量子世界的重要一環(huán)。而對(duì)于微小尺度的量子器件研究,我們著重關(guān)心它們表現(xiàn)出來(lái)與宏觀器件不一樣的性質(zhì),這將為大規(guī)模集成化量子器件提供基礎(chǔ)。在本文中我們將主要從量子體系的熱力學(xué)過(guò)程和量子器件的設(shè)計(jì)做相應(yīng)的研究。關(guān)于量子體系熱力學(xué)的研究,首先我們是從如何有效的操控體系的能量流動(dòng)角度出發(fā),來(lái)探索高效的傳輸量子能量。對(duì)于自旋玻色體系,我們利用緩慢絕熱周期性的調(diào)節(jié)體系參數(shù),從而在體系中誘導(dǎo)出幾何相位,來(lái)驅(qū)動(dòng)能量的流動(dòng)。其次我們研究了在非平衡過(guò)程中開(kāi)放體系的漲落耗散定理以及所滿足的熱力學(xué)規(guī)律。我們以布朗運(yùn)動(dòng)粒子為例,討論了推廣的熱力學(xué)第二定律的適用性;然后運(yùn)用量子態(tài)耗散方法(QSD)軌跡,第一次推導(dǎo)出非平衡體系在量子非馬爾可夫下所滿足的漲落耗散定理以及Jarzynski等式。然后我們對(duì)于機(jī)械振子體系做了相關(guān)的熱力學(xué)研究,我們關(guān)心的是如何高效的冷卻機(jī)械振子,我們?cè)O(shè)計(jì)了chirped脈沖形式,用以冷卻微盤(pán)-波導(dǎo)的光腔機(jī)械振子體系中含有耗散和色散兩種相互作用的機(jī)械振子,而當(dāng)討論光腔機(jī)械振子中,如何避免缺陷帶來(lái)的加熱機(jī)械振子效果時(shí),我們提出了使用周期性的σz脈沖入射到缺陷上,和不加脈沖相比,我們可以有效的消除缺陷的加熱效果,保留下之前忽略缺陷時(shí)光腔機(jī)械振子冷卻的效果。量子器件性質(zhì)的研究則是為大規(guī)模集成化使用量子器件提供基礎(chǔ)。首先我們討論了在耦合雙量子點(diǎn)系統(tǒng)中,通過(guò)調(diào)節(jié)外加的磁場(chǎng)等,可以實(shí)現(xiàn)極性可控的量子尺度的熱二極管,并且它有著很好的單向?qū)ㄐ阅?其次我們研究了小分子器件里的模式選擇問(wèn)題,對(duì)于施加在分子上的外加偏置電壓做調(diào)節(jié),我們可以選擇性的激發(fā)分子里的某些特定振動(dòng)頻率,這將為有效的控制分子內(nèi)部的動(dòng)力學(xué)提供一種方法;最后我們探索了利用非線性的光學(xué)微腔,產(chǎn)生高效的單光子光源,這將會(huì)被使用在量子密鑰分發(fā)中用于提升量子通信的效率。
【關(guān)鍵詞】：量子體系 能量輸運(yùn) 漲落耗散定理 非平衡體系熱力學(xué)定律 量子器件
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：O413
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-12
• 1.1 背景介紹8-9
• 1.2 前人成果簡(jiǎn)介9-10
• 1.2.1 開(kāi)放體系問(wèn)題9
• 1.2.2 量子級(jí)別的器件研究9-10
• 1.2.3 量子通信安全性10
• 1.3 文章主要內(nèi)容10-12
• 1.3.1 能量輸運(yùn)的有效控制以及對(duì)應(yīng)的漲落耗散定理10-11
• 1.3.2 機(jī)械振子冷卻的研究11
• 1.3.3 微觀器件的制備及相關(guān)性質(zhì)的研究11-12
• 第2章 主要研究方法12-15
• 2.1 主方程方法12-13
• 2.2 量子跳躍方法13-14
• 2.3 量子態(tài)耗散方法14-15
• 第3章 量子能量輸運(yùn)研究及漲落耗散定理15-44
• 3.1 量子體系的能量輸運(yùn)研究15-22
• 3.2 漲落耗散定理22-43
• 3.2.1 推廣的熱力學(xué)第二定律22-32
• 3.2.2 非馬爾可夫下的漲落耗散定理32-43
• 3.3 本章小結(jié)43-44
• 第4章 機(jī)械振子冷卻的研究44-60
• 4.1 含有兩種相互作用的機(jī)械振子冷卻44-54
• 4.2 考慮缺陷的機(jī)械振子冷卻54-59
• 4.3 本章小結(jié)59-60
• 第5章 微觀器件的制備及相關(guān)性質(zhì)研究60-78
• 5.1 熱二極管的方案60-66
• 5.2 分子的模式選擇性激發(fā)66-76
• 5.3 單光子源的制備76
• 5.4 本章小結(jié)76-78
• 第6章 總結(jié)與展望78-80
• 參考文獻(xiàn)80-91
• 致謝91-93
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果93

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本文編號(hào)：1131218