本文關(guān)鍵詞：周期性驅(qū)動開放量子系統(tǒng)的動力學研究

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【摘要】：作為一種普遍采用的量子調(diào)控手段,周期性驅(qū)動促使量子系統(tǒng)從靜態(tài)系統(tǒng)變成能量不守恒的非平衡系統(tǒng)。相反地,環(huán)境的噪聲作用卻促使量子系統(tǒng)從非平衡態(tài)弛豫到平衡態(tài),二者的結(jié)合構(gòu)成了周期性驅(qū)動開放量子系統(tǒng),兩種效應的競爭導致了量子系統(tǒng)表現(xiàn)出豐富多彩的非平衡物理現(xiàn)象。對周期性驅(qū)動開放量子系統(tǒng)的研究不僅有助于我們更好的認知和理解復雜的非平衡態(tài)行為,而且有助于我們更好的實現(xiàn)對微觀系統(tǒng)的單量子態(tài)調(diào)控。在本文中,我們從三個不同的角度對周期性驅(qū)動開放系統(tǒng)進行研究。它們分別是:從系統(tǒng)角度我們研究開放量子系統(tǒng)的退相干控制、從環(huán)境角度我們研究周期性驅(qū)動二能級系統(tǒng)的共振熒光輻射譜和從驅(qū)動角度我們研究周期性驅(qū)動系統(tǒng)的Floquet本征熱化。首先,我們基于Floquet定理研究自旋1/2粒子在自旋鏈環(huán)境中退相干的周期性驅(qū)動控制問題。如何控制開放量子系統(tǒng)的退相干是當今量子工程研究的核心問題。我們發(fā)現(xiàn)當系統(tǒng)與環(huán)境組成的復合系統(tǒng)的Floquet準能譜中形成束縛態(tài)時,系統(tǒng)的退相干就會得到抑制。進一步研究揭示傳統(tǒng)相干隧穿破壞方法和動力學退耦方法可以統(tǒng)一納入到我們提出的退相干抑制的Floquet束縛態(tài)機制的物理框架中。相比與傳統(tǒng)動力學退耦方法僅適用于退相位噪聲控制和敏感地依賴于控制脈沖的參數(shù)值,我們的控制方案可有效地抑制耗散噪聲且對控制參數(shù)的漲落具有魯棒性。我們所揭示的Floquet束縛態(tài)的退相干控制機制為利用周期性驅(qū)動實施退相干抑制指明了方向。其次,我們研究超強周期性激光驅(qū)動二能級系統(tǒng)的共振熒光輻射譜,該超強驅(qū)動使得傳統(tǒng)普遍采用的旋波近似不再適用。近年來周期性驅(qū)動系統(tǒng)的Floquet物態(tài)日益成為備受關(guān)注的研究熱點問題,但是如何從實驗上探測這種含時系統(tǒng)的新奇物態(tài)仍是一個亟待解決的問題。我們基于Floquet定理建立了超越旋波近似的共振熒光理論描述。研究結(jié)果表明在超強驅(qū)動下,不同于旋波近似下的Mollow三峰結(jié)構(gòu),共振熒光譜將展示出高階諧波的多峰結(jié)構(gòu)。通過與周期性驅(qū)動二能級系統(tǒng)的Floquet準能譜對比,我們發(fā)現(xiàn)超強驅(qū)動下的熒光譜的多峰結(jié)構(gòu)恰好對應于不同F(xiàn)loquet準能態(tài)之間的躍遷能量。該結(jié)果鋪平了利用共振熒光的手段來探測周期性驅(qū)動系統(tǒng)Floquet物態(tài)的道路。最后,我們研究周期性驅(qū)動量子系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)統(tǒng)計問題。探索與環(huán)境弱耦合的周期性驅(qū)動系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)是否是Floquet準能態(tài)的Gibbs態(tài)直接決定了作為當前研究熱點問題的Floquet物態(tài)的能級填充規(guī)則�；谕卣箍臻g的Floquet主方程,我們給出了周期性驅(qū)動開放量子系統(tǒng)的Floquet熱化規(guī)則。按照此規(guī)則,我們發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的非Floquet熱化來源于驅(qū)動場和環(huán)境之間存在著的穩(wěn)定能流,從而建立了系統(tǒng)實現(xiàn)Floquet準能態(tài)Gibbs態(tài)熱化行為的能流判據(jù)。更進一步,我們發(fā)現(xiàn)周期性驅(qū)動開放量子系統(tǒng)中存在著具有普適穩(wěn)態(tài)的廣義可熱化量,并且我們通過引入量子功的概念對其進行了物理解釋。這些結(jié)果為理解周期性驅(qū)動開放量子系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)行為具有積極意義。我們本文對周期性驅(qū)動開放量子系統(tǒng)的研究不僅對理解此類系統(tǒng)的非平衡行為具有建設(shè)性的意義,而且對利用周期性驅(qū)動模擬新奇量子物態(tài)具有指導性作用。
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O413

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本文編號：1298745