發(fā)布時(shí)間：2017-12-17 04:26

  本文關(guān)鍵詞：周期性驅(qū)動(dòng)開放量子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)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(dòng)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(dòng)開放量子系統(tǒng),兩種效應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)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(duì)周期性驅(qū)動(dòng)開放量子系統(tǒng)的研究不僅有助于我們更好的認(rèn)知和理解復(fù)雜的非平衡態(tài)行為,而且有助于我們更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)微觀系統(tǒng)的單量子態(tài)調(diào)控。在本文中,我們從三個(gè)不同的角度對(duì)周期性驅(qū)動(dòng)開放系統(tǒng)進(jìn)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(dòng)二能級(jí)系統(tǒng)的共振熒光輻射譜和從驅(qū)動(dòng)角度我們研究周期性驅(qū)動(dòng)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(dòng)控制問題。如何控制開放量子系統(tǒng)的退相干是當(dāng)今量子工程研究的核心問題。我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)系統(tǒng)與環(huán)境組成的復(fù)合系統(tǒng)的Floquet準(zhǔn)能譜中形成束縛態(tài)時(shí),系統(tǒng)的退相干就會(huì)得到抑制。進(jìn)一步研究揭示傳統(tǒng)相干隧穿破壞方法和動(dòng)力學(xué)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(jī)制的物理框架中。相比與傳統(tǒng)動(dòng)力學(xué)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(duì)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(jī)制為利用周期性驅(qū)動(dòng)實(shí)施退相干抑制指明了方向。其次,我們研究超強(qiáng)周期性激光驅(qū)動(dòng)二能級(jí)系統(tǒng)的共振熒光輻射譜,該超強(qiáng)驅(qū)動(dòng)使得傳統(tǒng)普遍采用的旋波近似不再適用。近年來(lái)周期性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的Floquet物態(tài)日益成為備受關(guān)注的研究熱點(diǎn)問題,但是如何從實(shí)驗(yàn)上探測(cè)這種含時(shí)系統(tǒng)的新奇物態(tài)仍是一個(gè)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(qiáng)驅(qū)動(dòng)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(guò)與周期性驅(qū)動(dòng)二能級(jí)系統(tǒng)的Floquet準(zhǔn)能譜對(duì)比,我們發(fā)現(xiàn)超強(qiáng)驅(qū)動(dòng)下的熒光譜的多峰結(jié)構(gòu)恰好對(duì)應(yīng)于不同F(xiàn)loquet準(zhǔn)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(lái)探測(cè)周期性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)Floquet物態(tài)的道路。最后,我們研究周期性驅(qū)動(dòng)量子系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)統(tǒng)計(jì)問題。探索與環(huán)境弱耦合的周期性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)是否是Floquet準(zhǔn)能態(tài)的Gibbs態(tài)直接決定了作為當(dāng)前研究熱點(diǎn)問題的Floquet物態(tài)的能級(jí)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(dòng)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(lái)源于驅(qū)動(dòng)場(chǎng)和環(huán)境之間存在著的穩(wěn)定能流,從而建立了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)Floquet準(zhǔn)能態(tài)Gibbs態(tài)熱化行為的能流判據(jù)。更進(jìn)一步,我們發(fā)現(xiàn)周期性驅(qū)動(dòng)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(guò)引入量子功的概念對(duì)其進(jìn)行了物理解釋。這些結(jié)果為理解周期性驅(qū)動(dòng)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(duì)周期性驅(qū)動(dòng)開放量子系統(tǒng)的研究不僅對(duì)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(duì)利用周期性驅(qū)動(dòng)模擬新奇量子物態(tài)具有指導(dǎo)性作用。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O413

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