本文關(guān)鍵詞：開放量子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)及束縛態(tài)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：微觀系統(tǒng)不可避免地受到其背景環(huán)境的影響而成為一個(gè)開放量子系統(tǒng),它所誘導(dǎo)出的退相干問題是導(dǎo)致宏觀物質(zhì)的經(jīng)典現(xiàn)象完全不同于量子理論描述結(jié)果的主要原因、是量子理論持續(xù)不斷的各種爭(zhēng)論的主要核心、是阻礙量子信息處理實(shí)現(xiàn)的主要瓶頸。探索開放量子系統(tǒng)的退相干效應(yīng)對(duì)相關(guān)量子態(tài)調(diào)控與量子信息處理實(shí)現(xiàn)的破壞作用及其有效的抑制策略是近年來量子調(diào)控研究的核心問題。在本文中,我們提出從量子系統(tǒng)與其環(huán)境形成的復(fù)合系統(tǒng)的能譜特性角度來理解開放系統(tǒng)退相干動(dòng)力學(xué)的研究方法。我們發(fā)現(xiàn)伴隨著復(fù)合系統(tǒng)一個(gè)局域化的束縛態(tài)的形成,系統(tǒng)的退相干將表現(xiàn)出定性的不同。我們將從開放量子系統(tǒng)中常見模型出發(fā),通過理論推導(dǎo)并結(jié)合數(shù)值計(jì)算來揭示退相干不同性質(zhì)與束縛態(tài)形成之間的聯(lián)系。首先,我們將研究亞歐姆譜密度下的自旋-玻色模型。我們發(fā)現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)波近似下,系統(tǒng)的退相干將表現(xiàn)出隨著其與環(huán)境耦合強(qiáng)度增強(qiáng)而趨于減緩甚至抑制的反常退相干行為；進(jìn)一步對(duì)復(fù)合系統(tǒng)能譜特性的研究表明該反常退相干是復(fù)合系統(tǒng)束縛態(tài)的形成所導(dǎo)致的量子相變的動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)。其次,我們將這一結(jié)果推廣至無(wú)旋轉(zhuǎn)波近似情形。利用基于幺正變換的微擾近似方法,我們發(fā)現(xiàn)此時(shí)束縛態(tài)仍然可以形成,其形成所導(dǎo)致的與傳統(tǒng)退局域化-局域化量子相變完全不同的新型量子相變將使得二能級(jí)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)出與旋轉(zhuǎn)波近似下結(jié)果類似的反常退相干行為,該行為與以往在自旋-玻色模型中相干性-非相干性動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)變的結(jié)果是相容的。該結(jié)果所揭示的自旋-玻色模型中新型量子相變的存在極大地豐富了我們對(duì)該模型的認(rèn)識(shí)。其次,我們將研究擴(kuò)展的非均勻Dicke模型。該模型描述了N個(gè)具有不同頻率展寬的二能級(jí)原子與單模腔場(chǎng)非均勻地相互作用的系統(tǒng)。我們對(duì)腔場(chǎng)動(dòng)力學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)：隨著系統(tǒng)非均勻參數(shù)的改變,其非平衡動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)出從單調(diào)衰減至零到振蕩衰減至有限確定值再到無(wú)衰減振蕩的定性不同的動(dòng)力學(xué)行為,進(jìn)一步的研究表明這些動(dòng)力學(xué)行為分別對(duì)應(yīng)于復(fù)合系統(tǒng)能譜中無(wú)束縛態(tài)、形成一個(gè)和兩個(gè)束縛態(tài)。研究還表明束縛態(tài)的形成還可導(dǎo)致基態(tài)表現(xiàn)出超輻射特性,即發(fā)生超輻射量子相變。最后,我們按照該束縛態(tài)判據(jù)提出一種定量預(yù)測(cè)長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定行為的方法,其結(jié)果與數(shù)值模擬符合得很好。該結(jié)果提供了一種通過操控Dicke模型的非均勻性來實(shí)現(xiàn)超輻射量子相變及其不同動(dòng)力學(xué)特性的調(diào)控方案。最后,我們將研究耗散J-C模型中的量子速度極限時(shí)間以及非馬爾科夫度。量子速度極限刻畫了微觀系統(tǒng)在外界擾動(dòng)下從某初態(tài)演化至某一確定態(tài)的最快的時(shí)間尺度。以前的研究表明：開放量子系統(tǒng)的非馬爾可夫效應(yīng)是導(dǎo)致量子加速的原因。我們發(fā)現(xiàn)復(fù)合系統(tǒng)束縛態(tài)的形成才是導(dǎo)致開放系統(tǒng)具有非馬爾可夫效應(yīng)和更小量子速度極限時(shí)間的物理原因。我們還提出了一種在電路量子電動(dòng)力學(xué)中驗(yàn)證我們預(yù)測(cè)的實(shí)驗(yàn)方案。該結(jié)果揭示了從復(fù)合系統(tǒng)能譜特性角度來刻畫量子加速的物理機(jī)制,是對(duì)現(xiàn)有相關(guān)方向研究方法與研究結(jié)果的極大豐富。在本論文的研究中我們得到不少有趣的結(jié)論,我們期望這些結(jié)論對(duì)認(rèn)識(shí)和理解開放系統(tǒng)中的退相干動(dòng)力學(xué)有一定的幫助。
【關(guān)鍵詞】：開放量子系統(tǒng) 束縛態(tài) 動(dòng)力學(xué)
【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】：2015
【分類號(hào)】：O413
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 引言10-18
• 第二章 自旋-玻色模型中的量子相變及反常退相干18-32
• 2.1 簡(jiǎn)介18-19
• 2.2 旋轉(zhuǎn)波近似下耗散二能級(jí)系統(tǒng)的反常退相干19-25
• 2.2.1 自旋-玻色模型19-21
• 2.2.2 退相干動(dòng)力學(xué)21
• 2.2.3 旋轉(zhuǎn)波近似下的量子相變21-25
• 2.3 無(wú)旋轉(zhuǎn)波近似下耗散二能級(jí)系統(tǒng)的反常退相干25-30
• 2.3.1 退局域化-局域化量子相變25-26
• 2.3.2 退局域相中的反常退相干26-28
• 2.3.3 無(wú)旋轉(zhuǎn)波近似下的量子相變28-30
• 2.4 小結(jié)30-32
• 第三章 非均勻Dicke模型中的量子相變及動(dòng)力學(xué)32-50
• 3.1 簡(jiǎn)介32-33
• 3.2 標(biāo)準(zhǔn)Dicke模型中的相變33-39
• 3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)Dicke模型中的經(jīng)典相變34-35
• 3.2.2 標(biāo)準(zhǔn)Dicke模型中的量子相變35-39
• 3.3 非均勻Dicke模型的超輻射相變39-43
• 3.4 動(dòng)力學(xué)結(jié)果及其穩(wěn)定行為預(yù)測(cè)43-48
• 3.4.1 非均勻Dicke模型中的動(dòng)力學(xué)結(jié)果43-45
• 3.4.2 長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定動(dòng)力學(xué)行為的預(yù)測(cè)45-48
• 3.5 小結(jié)48-50
• 第四章 開放量子系統(tǒng)中量子加速的機(jī)制50-62
• 4.1 簡(jiǎn)介50-51
• 4.2 相關(guān)理論背景51-55
• 4.2.1 量子速度極限時(shí)間51-54
• 4.2.2 非馬爾可夫性54-55
• 4.3 模型與主方程55-56
• 4.4 束縛態(tài)導(dǎo)致的量子加速56-59
• 4.5 物理實(shí)現(xiàn)59-61
• 4.6 小結(jié)61-62
• 第五章 總結(jié)與展望62-68
• 附錄A “不可發(fā)生”定理68-72
• A.1 完整Dicke模型的相變條件68-69
• A.2 TRK求和規(guī)則69-70
• A.3“不可發(fā)生”定理70-72
• 參考文獻(xiàn)72-82
• 在學(xué)期間的研究成果82-84
• 致謝84

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