本文選題：超冷原子　切入點(diǎn)：量子模擬　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：由于希爾伯特空間的維度隨著粒子數(shù)的增加而指數(shù)增長,經(jīng)典計(jì)算機(jī)在模擬量子多體系統(tǒng)時(shí)運(yùn)算速度將隨著粒子數(shù)的增加指數(shù)變慢。早在1982年,著名物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼就提出可以通過構(gòu)建量子模擬器來解決這個(gè)問題。另一方面,從1985年開始,朱棣文、克洛德·科恩-塔諾季和威廉·菲利普斯等人發(fā)展的激光冷卻和捕獲原子技術(shù)導(dǎo)致了埃里克·康奈爾、卡爾·維曼和沃夫?qū)た颂乩盏热嗽?995年實(shí)現(xiàn)了稀薄原子氣體的玻色愛因斯坦凝聚,從而使在超冷原子氣體中對新奇量子效應(yīng)的研究成為可能。由于高度純凈和優(yōu)越的可控性,超冷原子氣是量子模擬的一個(gè)理想平臺(tái)。目前,一門以超冷原子相關(guān)物理為研究對象的學(xué)科——超冷原子物理已經(jīng)逐步發(fā)展起來了,而其中一個(gè)重要的課題就是利用超冷原子構(gòu)建量子模擬器。超冷原子物理是一門理論研究與實(shí)驗(yàn)研究緊密相關(guān)的學(xué)科。近年來,隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不斷突破,超冷原子物理的研究深度和廣度都在不斷增加。在原子系統(tǒng)方面,人們于2003年實(shí)現(xiàn)了費(fèi)米原子氣的凝聚,于2014年實(shí)現(xiàn)了玻色費(fèi)米超流的混合。在原子間相互作用方面,人們于1998年觀察到了玻色愛因斯坦凝聚中的Feshbach共振,于2015年實(shí)現(xiàn)類堿土金屬原子的軌道Feshbach共振。在原子外勢場方面,人們于2005年成功將超冷原子氣放入周期光晶格中,于2007年實(shí)現(xiàn)光學(xué)腔內(nèi)的超冷原子氣。在人工規(guī)范場方面,人們于2011年觀測到在一維自旋軌道耦合效應(yīng),于2015年觀測到了二維自旋軌道耦合效應(yīng)。這些實(shí)驗(yàn)進(jìn)展相互交織滲透,極大地豐富了基于超冷原子的量子模擬的工具箱,同時(shí)推動(dòng)著一波又一波的理論研究熱潮。基于最新的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展,本文提出并系統(tǒng)研究了若干有特殊意義的量子模擬模型。具體的研究工作如下:1、簡并費(fèi)米氣中的拓?fù)涑椛鋺B(tài)基于最近光腔內(nèi)超冷原子氣方面的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展,我們針對簡并費(fèi)米氣體提出了一個(gè)光學(xué)腔輔助的自旋軌道耦合模型。我們預(yù)言在這個(gè)模型中會(huì)出現(xiàn)非平庸拓?fù)洳蛔兞亢头橇愕木钟蛐騾⒘抗泊娴臓顟B(tài)——拓?fù)涑椛鋺B(tài)。我們系統(tǒng)地刻畫了這個(gè)模型的穩(wěn)態(tài)相圖,揭示了光場強(qiáng)度、氣體密度分布等參量與體能隙、拓?fù)洳蛔兞康韧負(fù)湎嘧儏?shù)間的相互聯(lián)系,并依此提出拓?fù)涑椛鋺B(tài)和相關(guān)相變的探測方案。與此同時(shí),我們還仔細(xì)地分析這個(gè)模型中由拉曼場誘導(dǎo)的高帶效應(yīng)。2、二維自旋軌道耦合光晶格中的玻色愛因斯坦凝聚在這個(gè)工作中,我們系統(tǒng)地刻畫了最近在光晶格中實(shí)現(xiàn)的二維自旋軌道耦合玻色愛因斯坦凝聚的基本性質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn),由拉曼場引起的帶間耦合會(huì)強(qiáng)烈地影響系統(tǒng)的基態(tài)和能帶拓?fù)湎鄨D。特別地,高帶效應(yīng)會(huì)在基態(tài)相圖和能帶拓?fù)湎鄨D中引起新的相邊界。進(jìn)一步,利用Bogoliubov理論,我們分析了該系統(tǒng)的激發(fā)譜性質(zhì)。在激發(fā)譜的能帶拓?fù)湎鄨D中,相比單粒子能帶拓?fù)湎鄨D,我們還在零塞曼場附近發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的精細(xì)結(jié)構(gòu)。最后,通過將高能帶絕熱消除掉,我們導(dǎo)出了一個(gè)包含高帶修正的有效雙帶模型。3、基于類堿土金屬超冷原子氣的對稱保護(hù)拓?fù)鋺B(tài)和拓?fù)銯ulde-Ferrell態(tài)的量子模擬基于最近關(guān)于軌道Feshbach共振的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展,我們基于類堿土金屬超冷原子氣提出了一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)相互作用費(fèi)米型對稱保護(hù)拓?fù)鋺B(tài)的方案。我們證明,在一維類堿土金屬超冷原子氣中,通過將軌道上的拉曼輔助自旋軌道耦合和自旋交換相互作用結(jié)合,可以獲得相互作用費(fèi)米型對稱保護(hù)拓?fù)鋺B(tài)�；跀�(shù)值模擬,我們證明了一個(gè)相互作用誘導(dǎo)的拓?fù)湎嘧?并繪制了系統(tǒng)的基態(tài)相圖。最后,我們建議通過測量邊緣態(tài)的局域密度來探測相互作用誘導(dǎo)的拓?fù)湎嘧�。另�?我們還提出了拓?fù)銯ulde-Ferrell態(tài)基于類堿土金屬超冷原子氣的量子模擬方案。為獲得自旋軌道耦合,我們提出用兩束激光直接將兩組軌道間超精細(xì)態(tài)耦合起來。通過刻畫系統(tǒng)的Zak相位和邊緣態(tài),我們證明自旋軌道耦合和配對相互作用的相互影響會(huì)導(dǎo)致一個(gè)非平庸的拓?fù)銯ulde-Ferrell態(tài)。在實(shí)驗(yàn)上,人們可以利用原子氣的時(shí)間飛行成像來探測這個(gè)Fulde-Ferrell態(tài)。4、玻色費(fèi)米混合中的渦核結(jié)構(gòu)基于最新實(shí)驗(yàn)進(jìn)展,我們研究了玻色費(fèi)米超流混合中單渦旋態(tài)的性質(zhì)。由于其豐富的結(jié)構(gòu),我們主要聚焦于混合氣中費(fèi)米成分的量子渦旋態(tài)。我們發(fā)現(xiàn),隨著玻色費(fèi)米之間的耦合增強(qiáng),渦核會(huì)通過一個(gè)急劇的轉(zhuǎn)變。在強(qiáng)耦合區(qū)域,玻色成分會(huì)完全局域在渦核中,因而渦旋態(tài)的很多性質(zhì)會(huì)發(fā)生定性的變化。我們系統(tǒng)地刻畫了在整個(gè)費(fèi)米相互作用的BCS到BEC區(qū)間渦核結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變行為。在共振和BEC區(qū)間,作為玻色成分局域化的一個(gè)結(jié)果,我們發(fā)現(xiàn)從體能譜中衍生了多支渦核態(tài)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O469

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 Lene V.Hau ,侯春風(fēng);用冷原子駕馭光[J];世界科學(xué);2002年06期

2 江開軍 ,李可 ,王謹(jǐn) ,李津蕊 ,詹明生;冷原子的橫向推載與探測[J];原子與分子物理學(xué)報(bào);2004年S1期

3 ;第二屆中國科學(xué)院冷原子物理國際學(xué)術(shù)研討會(huì)通知[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2006年05期

4 馬杰;韓燕旭;王波;王海;;測量冷原子溫度的理論與近似擬合公式的誤差分析[J];量子光學(xué)學(xué)報(bào);2006年02期

5 ;第二屆中國科學(xué)院冷原子物理國際學(xué)術(shù)研討會(huì)通知[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2006年06期

6 于肇賢;;超冷原子在含時(shí)磁場共振條件下的幾何相因子[J];北京信息科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年05期

7 羅坤;潘小青;周琦;陸俊發(fā);;一種新穎的操控冷原子的組合雙光學(xué)阱方案[J];江西科學(xué);2011年06期

8 馬紅玉;韓一平;;高頻原子波導(dǎo)中冷原子的磁導(dǎo)引[J];強(qiáng)激光與粒子束;2012年07期

9 王義遒;;激光致冷和冷原子的應(yīng)用[J];物理教學(xué);2009年01期

10 羅有華,李明哲,王育竹;載流金屬網(wǎng)格中冷原子的動(dòng)力學(xué)行為[J];量子光學(xué)學(xué)報(bào);2002年S1期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 朱詩亮;;基于冷原子的量子模擬[A];第十五屆全國量子光學(xué)學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)報(bào)告摘要集[C];2012年

2 羅有華;李明哲;王育竹;;載流金屬網(wǎng)格中冷原子的動(dòng)力學(xué)行為[A];第十屆全國量子光學(xué)學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)論文論文集[C];2002年

3 周小計(jì);熊煒;劉新星;樂旭廣;陳徐宗;;駐波脈沖對超冷原子的相干操控[A];第十六屆全國原子與分子物理學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2011年

4 李義民;付軍賢;陳徐宗;楊東海;王義遒;;銫冷原子吸收譜的實(shí)驗(yàn)觀察[A];第八屆全國量子光學(xué)學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)論文摘要選[C];1998年

5 劉伍明;;冷原子物理研究進(jìn)展[A];第十五屆全國原子與分子物理學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2009年

6 朱詩亮;;冷原子有效規(guī)范勢的產(chǎn)生和應(yīng)用[A];第十三屆全國量子光學(xué)學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)論文摘要集[C];2008年

7 楊紅;楊柳;王曉暢;吳金輝;;冷原子系統(tǒng)中的四波混頻增益和分布反饋激光[A];第十五屆全國量子光學(xué)學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)報(bào)告摘要集[C];2012年

8 顏輝;杜炎雄;張智明;;在冷原子系綜中產(chǎn)生超糾纏窄線寬光子對[A];全國光電子與量子電子學(xué)技術(shù)大會(huì)論文集[C];2011年

9 紀(jì)憲明;印建平;;實(shí)現(xiàn)冷原子或冷分子囚禁的可控制光學(xué)雙阱及其光學(xué)晶格[A];第十一屆全國量子光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2004年

10 張巖;吳金輝;;密度不均勻冷原子介質(zhì)的相干調(diào)制穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)光學(xué)特性[A];第十四屆全國量子光學(xué)學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)報(bào)告摘要集[C];2010年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前7條

1 記者 李山;冷原子系統(tǒng)中觀測到巨型量子三體態(tài)[N];科技日報(bào);2014年

2 記者 代群;中國刷新冷原子量子存儲(chǔ)世界紀(jì)錄[N];人民日報(bào)海外版;2009年

3 記者 桂運(yùn)安;超冷原子量子模擬實(shí)現(xiàn)重要突破[N];安徽日報(bào);2014年

4 劉霞;瑞士開發(fā)出“冷原子熱電系統(tǒng)”模型[N];科技日報(bào);2013年

5 記者 李陳續(xù)　通訊員 楊保國;我科學(xué)家刷新冷原子量子存儲(chǔ)世界紀(jì)錄[N];光明日報(bào);2009年

6 朱廣菁;冷原子源自愛因斯坦預(yù)言[N];大眾科技報(bào);2008年

7 記者 沈佳;國家重大科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目我省啟動(dòng)[N];山西日報(bào);2012年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 何天琛;周期驅(qū)動(dòng)作用下的冷原子量子動(dòng)力學(xué)的理論研究[D];山西大學(xué);2015年

2 姜艷;冷原子系綜內(nèi)單量子態(tài)相干操控[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

3 譚金桃;混沌輔助的冷原子量子輸運(yùn)[D];湖南師范大學(xué);2016年

4 韓枝光;冷原子系統(tǒng)及窄線寬光子對的產(chǎn)生與調(diào)控研究[D];華東師范大學(xué);2017年

5 潘建松;基于超冷原子的量子模擬研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

6 江曉;冷原子量子存儲(chǔ)中的激光穩(wěn)頻與鎖相技術(shù)[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

7 郭利平;光晶格中兩分量冷原子量子相變的研究[D];山西大學(xué);2009年

8 劉洋;冷原子體系在量子信息中的應(yīng)用[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

9 趙興東;光晶格中超冷原子系綜的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)[D];華東師范大學(xué);2010年

10 周晶;超冷原子系統(tǒng)物理性質(zhì)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 劉衛(wèi)永;可移動(dòng)冷原子重力儀環(huán)境適應(yīng)性研究[D];浙江大學(xué);2015年

2 張?zhí)鞂?有限溫度下的低維費(fèi)米冷原子氣研究[D];浙江師范大學(xué);2015年

3 李靈;冷原子光晶格拓?fù)浒虢饘俚难芯縖D];河北科技大學(xué);2015年

4 鄒鵬飛;冷原子干涉儀的理論建模與誤差分析[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

5 王冰路;超冷原子在光阱中的隧穿行為[D];河北師范大學(xué);2016年

6 陳洋;冷原子體系中弱光超慢光孤子的存儲(chǔ)與讀取研究[D];華東師范大學(xué);2016年

7 曹榮;在冷原子中利用讀寫機(jī)制產(chǎn)生單光子源[D];華東師范大學(xué);2016年

8 王季;雙阱超冷原子—分子轉(zhuǎn)化系統(tǒng)能級結(jié)構(gòu)和布居數(shù)的對稱性破缺[D];遼寧大學(xué);2016年

9 王亞瓊;重力對冷原子磁阱裝載的實(shí)驗(yàn)研究[D];山西大學(xué);2016年

10 樊浩;冷原子磁阱的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];山西大學(xué);2016年

，

本文編號：1578857