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量子路径理论及应用

量子路径理论及应用

作者：李晓克天津大学

学位级别：硕士

在量子体系中实行量子计算操作过程必然要读出测量体系的信息,而信息的提取过程实际上就是一种测量过程。量子路径方法的提出简化了考虑到测量记录的前提下系统量子态的随机演化。在文中,我们首先推导了连续测量的量子路径方程。然后,... 详细信息

在量子体系中实行量子计算操作过程必然要读出测量体系的信息,而信息的提取过程实际上就是一种测量过程。量子路径方法的提出简化了考虑到测量记录的前提下系统量子态的随机演化。在文中,我们首先推导了连续测量的量子路径方程。然后,利用超导电路QED系统中量子路径方程去刻画通过零拍法方式实现获取量子比特状态信息过程,并在此系统上研究了绝热消除和极化子消除两种光子自由度的方法。最后,将量子路径测量方法引入到高度关注的非绝热分子动力学模拟中,通过针对原子部分经典力测量以实现提取电子所处状态信息的过程。为正确模拟非绝热动力学的演化提供了一种新的更为简便方法。本文主要内容包括以下两个方面:首先,在超导电路QED系统中,量子比特与腔光场会发生一定的相互耦合。因此,在此系统上进行量子测量和控制时由于腔中大量光子的存在,增加了模拟过程中状态空间的维度,并导致模拟的计算量加剧。因此,为了减小模拟计算量,我们采用光子消除的方法以达到对腔光子自由度消除的目的。根据消除过程位移量中腔光场与量子比特的耦合程度,我们提出了“绝热消除方法”以及“极化子消除方法”。并且通过比较QED系统的模拟结果发现:在耦合强度较弱以及泄漏速度较大的情况下两种消除光子的方法能取得同样效果。在耦合强度较强以及泄漏速度较小时,极化子消除的方法效果更为准确。其次,在非绝热分子动力学系统研究中,为了简化从分子角度模拟化学反应过程以及提高其模拟准确性,我们基于传统的非绝热分子动力学模拟方法提出了量子路径模拟方案。并且利用此方案对几个典型势能面模型进行了模拟,包括单交叉模型、双交叉模型、拓展耦合模型、哑铃模型以及双弓模型。且在实际模拟过程中由于难以得到严格意义上的退相干速率,我们模拟比较了不同的三个退相干速率公式,包括力分辨、冻结高斯波包近似以及能量分辨退相干速率。为了提高模拟准确性,我们恰当地处理了势能面跳跃时的能量守恒和力的反向问题。通过与全量子动力学模拟的精确结果进行对比,我们发现,对于结构较简单的势能面模型,几种退相干速率都能得到较好的结果。对于较复杂的势能面模型,由于复杂量子干涉的原因,与其它混合经典-量子动力学方案类似,量子路径方案仍然难以得到较准确的结果。

关键词：量子路径光子消除非绝热分子动力学退相干速率

量子路径在封闭系统中的优化控制及开放系统中的编码方法研究

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量子路径在封闭系统中的优化控制及开放系统中的编码方法研究

作者：杨领中国科学技术大学

学位级别：硕士

量子路径描述了量子系统动力学的细节,是表征量子控制机理的一个重要手段,具有重要的物理意义。对于封闭多能级系统的研究,我们从不同量子路径的相干相长效应出发,研究如何提高初始态到目标态的布居转移效率。封闭系统和开放系统的量子... 详细信息

量子路径描述了量子系统动力学的细节,是表征量子控制机理的一个重要手段,具有重要的物理意义。对于封闭多能级系统的研究,我们从不同量子路径的相干相长效应出发,研究如何提高初始态到目标态的布居转移效率。封闭系统和开放系统的量子路径的信息可在哈密顿量编码-观测量解码方法的框架下进行研究。在封闭系统中,由于不存在环境作用,其哈密顿量编码方案比较简单,其量子路径的解码结果可以和Dyson展开项保持一致。封闭系统可在Hilbert空间进行描述,而开放系统则要转换到Liouville空间。此时环境作用将同时出现在演化方程中哈密顿量的对角元和非对角元上,常规的用于封闭系统的编码方案会导致量子路径的解码结果与积分的Dyson项结果不一致。因此,本论文通过分析与对比两种方法路求解径跃迁幅度的的区别与联系,提出了一套新的哈密顿量编码方案,能够巧妙避免哈密度量编码-观测量解码方法产生的自身到自身的"非物理"跃迁,同时使得量子路径的解码结果与Dyson项保持精确对应。具体工作如下:***的八分块方案能够优化四能级Rb原子的双光子吸收强度。分块的边界点由一个多项式方程的根给出。我们把此方法推广到五能级,同时也又提出了一种新的全局最优的分块方法,并给出了数学上严格的推导和证明。最后把每个数值模拟的结果都与转换极限(TL)脉冲进行了对比,数据结果表明多能级系统的分块方案都可以有效的增强双光子(TPA)路径振幅。此部分内容为第二章。2.对HE-0D方法在开放量子系统中的使用做了进一步较为详细的讨论,而后又从基本的量子力学出发计算路径幅度。当发现二者有差别的时候,文中又提出了一些分析和解释。当对原矩阵的部分对角线上的元素也进行编码后,二者之间的差别也在逐步缩小。出现了一些发生在自身能态中的跃迁能级,可是他们从物理意义上并没有相应的解释。此部分内容在第三章。3.在本文中出现了一些没有实际物理意义的跃迁,所以接下来将会相应的提出一些解决方法,由于其数学形式比较复杂,所以首先对二能级开放量子系统进行研究,其中分别分析了极端情况下当电场为零的和普遍情况下电场不为零的情况,而且通过相应的数学转变,就可以成功的把对角线元素消除掉,这样就可以避免了第三章中出现的一些奇怪的跃迁路径。进一步将这种思想拓展到三能级开放量子系统中,也分别做了相应的分析和证明,结果同样也可以得到与二能级开放量子系统相同的情况。数值结果表明HE-OD解码得到的路径幅度与Dyson积分结果一致。此部分内容在第四章。

关键词： HE-OD 路径跃迁量子路径开放系统封闭系统

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超短脉冲谐波辐射过程中的量子路径分析

原子与分子物理学报 2011年第4期28卷 697-702页

作者：刘烨陈光龙邵辉丽上海工程技术大学基础教学学院上海201620

本文数值计算了脉宽为半个光学周期的超短脉冲在不同载波包络相位下的谐波波谱,通过比较谐波波谱截止频率与电子通过主要路径可获得的最大动能的差异,研究了超短脉冲谐波辐射过程中的量子路径.结果显示,超短脉冲谐波辐射过程中电子获得... 详细信息

本文数值计算了脉宽为半个光学周期的超短脉冲在不同载波包络相位下的谐波波谱,通过比较谐波波谱截止频率与电子通过主要路径可获得的最大动能的差异,研究了超短脉冲谐波辐射过程中的量子路径.结果显示,超短脉冲谐波辐射过程中电子获得动能的量子路径偏离主要量子路径,而且该偏离效应受载波包络相位的影响.

关键词：超短脉冲高次谐波产生量子路径载波包络相位

适用于量子混合网络的量子多路纠缠分组交换方法

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科技资讯 2024年第4期22卷 23-27页

作者：张凌王艳琦云南大学滇池学院云南昆明650028 中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司北京100120

适用于量子混合网络的量子多路纠缠分组交换方法,首先将需要发送的量子报文,按照集中式路由计算得出的多路径资源进行匹配分组,然后采用虚电路方式并行建立端到端量子纠缠多路径,控制消息和测量结果采用分布式路由数据报方式传送,最终... 详细信息

适用于量子混合网络的量子多路纠缠分组交换方法,首先将需要发送的量子报文,按照集中式路由计算得出的多路径资源进行匹配分组,然后采用虚电路方式并行建立端到端量子纠缠多路径,控制消息和测量结果采用分布式路由数据报方式传送,最终通过量子远程传态完成量子信息的端到端传递。这种方法将分组交换的两种技术虚电路和数据报结合使用,同时将集中式路由和分布式路由有机结合,形成了一种新的量子多路纠缠分组传输方法。该方法提高了网络资源利用率,达到多路并行、分流和缩短量子信息传送时间的效果。

关键词：量子网络量子路径量子多路纠缠量子分组交换

双色激光脉冲辐照下38as孤立短脉冲的产生

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物理学报 2013年第7期62卷 182-187页

作者：陈高杨玉军郭福明长春理工大学理学院物理系长春130022 吉林大学原子与分子物理研究所长春130012

通过数值求解一维含时薛定谔方程,本文研究了具有特定波长的双色激光脉冲与氦原子相互作用产生的高次谐波和阿秒脉冲,这里双色激光脉冲由5fs较低强度基频钛宝石主脉冲与另一束较高强度的1330nm红外附加脉冲构成.研究发现,若两束脉冲之... 详细信息

通过数值求解一维含时薛定谔方程,本文研究了具有特定波长的双色激光脉冲与氦原子相互作用产生的高次谐波和阿秒脉冲,这里双色激光脉冲由5fs较低强度基频钛宝石主脉冲与另一束较高强度的1330nm红外附加脉冲构成.研究发现,若两束脉冲之间的相对相位选择合适,可以获得宽带连续辐射的高次谐波谱,叠加该连续辐射谱可获得脉宽为38as的孤立短脉冲.进一步研究发现,不同于以往孤立阿秒脉冲研究中选出长、短量子路径之一作为辐射源,这里单阿秒脉冲来源于长、短两个量子路径的贡献,只是这两个量子路径在很宽的谐波次数变化范围内辐射时刻比较集中.

关键词：双色激光脉冲阿秒脉冲量子路径

空间非均匀啁啾场驱动氦离子产生单个超短阿秒脉冲

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中国激光 2020年第5期47卷 471-479页

作者：白婷婷张刚台王子琪商一凡韩岳峰宝鸡文理学院数学与信息科学学院陕西宝鸡721013 宝鸡文理学院物理与光电技术学院陕西宝鸡721016

研究了空间非均匀啁啾场作用下氦离子的高次谐波辐射和单个阿秒脉冲的产生。计算结果表明:相比单个空间非均匀场和单个啁啾场驱动产生的谐波谱,空间非均匀啁啾场驱动产生的谐波谱的截止位置得到了极大的拓展,并且产生了带宽为1073 eV的... 详细信息

研究了空间非均匀啁啾场作用下氦离子的高次谐波辐射和单个阿秒脉冲的产生。计算结果表明:相比单个空间非均匀场和单个啁啾场驱动产生的谐波谱,空间非均匀啁啾场驱动产生的谐波谱的截止位置得到了极大的拓展,并且产生了带宽为1073 eV的超连续谱。此外,这种时空组合场可以实现抑制长路径而选取短路径,从而有效地贡献连续谱的产生。直接叠加连续谱上大范围的谐波,可获得脉宽为13 as的单个阿秒脉冲。通过调节啁啾参数,可实现脉宽仅为7.4 as的单个脉冲的输出。

关键词：非线性光学高次谐波产生孤立阿秒脉冲超连续谱量子路径空间非均匀啁啾场

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强场中氢分子离子高次谐波的理论研究

强场中氢分子离子高次谐波的理论研究

作者：李利青山西师范大学

学位级别：硕士

由于可以作为获得软X射线光源以及孤立阿秒脉冲的一种强有力的工具,高次谐波近几十年以来成为了实验与理论研究的主题。由于分子高次谐波的产生比原子谐波的产生具有丰富的物理信息,而受到许多学者高度的关注。作为简单的对称分子,H2+... 详细信息

由于可以作为获得软X射线光源以及孤立阿秒脉冲的一种强有力的工具,高次谐波近几十年以来成为了实验与理论研究的主题。由于分子高次谐波的产生比原子谐波的产生具有丰富的物理信息,而受到许多学者高度的关注。作为简单的对称分子,H2+分子成为了这一领域中研究的一个重点对象。本文采用求解含时薛定谔方程,不仅理论研究了H2+分子高次谐波发射中量子路径的控制,而且探究了高次谐波产生中的干涉极小值及阈下谐波产生中的最大值。本文具体的研究内容如下：(1)H2+受半周期脉冲与少周期脉冲的合成脉冲作用时谐波发射过程中量子路径的控制。计算结果表明,引入适当强度的半周期脉冲后,谐波的截止位置能够得到显著的扩展,并且谐波发射过程的量子路径可以被有效控制。此外利用时频分析及电子密度分布图,研究了谐波发射的物理过程。通过叠加适当的谐波,能够获得孤立61阿秒脉冲;(2)H2+谐波产生中干涉极小值的理论研究。通过改变激光波长和核的初始条件,计算模拟了不同的谐波谱。结果显示低阶部分的极小值主要依赖于核的质量与初始振动态,是由分子本身的结构引起的。另外,结合时频分布及电子密度分布图,解释了高阶部分的极小值是由激光诱导的电子的动力学行为造成的;(3)H2+阈下谐波产生中最大值的理论研究。基于Born-Oppenheimer近似,通过改变激光的参数以及核间距离,模拟了不同条件下的高次谐波谱,计算结果显示阈下谐波区的最大值是独立于激光的波长,由激光的强度以及核间的距离来决定。通过采用双势阱模型并结合电子几率密度分布图,我们解释了阈下谐波区域的最大值是由激光场作用下分子内两原子核之间电子转移所造成。

关键词：高次谐波量子路径干涉极小值阈下谐波

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原子中高次谐波辐射的选择定则探究

原子中高次谐波辐射的选择定则探究

作者：兰悦跃山西师范大学

学位级别：硕士

在人类历史上,阿秒科学第一次提供了超快电子运动的直接时域观测手段,在很多基础物理学研究上有重大的应用价值,而高次谐波是实现阿秒脉冲的首选光源。人们最早探究的单色强激光场与原子作用,只辐射纯奇次谐波。随着人类的不断探索,通... 详细信息

在人类历史上,阿秒科学第一次提供了超快电子运动的直接时域观测手段,在很多基础物理学研究上有重大的应用价值,而高次谐波是实现阿秒脉冲的首选光源。人们最早探究的单色强激光场与原子作用,只辐射纯奇次谐波。随着人类的不断探索,通过组合不同形式的激光场改变入射激光场的对称性发现了奇偶次谐波的产生。本论文旨在探究原子在不同组合形式的激光场下高次谐波辐射的阶次规律,通过筛选出有一定特性的高次谐波为实验上实现圆偏振阿秒脉冲和奇偶次谐波的分离在理论方面提供支持。工作主要有以下两个部分:（1）研究了在双色反向旋转圆偏振激光脉冲的照射下,氖原子p轨道辐射高次谐波的阶次规律,获得了具有交替螺旋度的一对完美的圆极化谐波。时频分析中存在三个短路径,它们的强度在x分量和y分量之间是不同的。通过调整脉冲的相对强度比选择出右旋圆偏振谐波,这提供了一种简单而直接的方法来生成高度椭圆或圆偏振阿秒脉冲。（2）通过数值模拟实现了氦原子中非整数和纯偶数阶谐波的产生。比相同强度的单色场下的谐波强度提高了三个数量级。在正交垂直双色激光场下,能量分辨率也得到了提高。与分子系统相比,我们提供了一种简单易行的方法来通过实验实现奇数和偶数谐波的分离。同时,为实验滤出更细的频率倍数的谐波提供了理论支持。

关键词：高次谐波含时薛定谔方程双圆激光场正交激光场量子路径

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不同合成场作用下高次谐波及阿秒脉冲的产生

不同合成场作用下高次谐波及阿秒脉冲的产生

作者：刘莎莎山西师范大学

学位级别：硕士

原子或分子受到强激光场的作用后，会出现一些新的物理现象，如阈上电离、库仑爆炸、高次谐波等。其中高次谐波作为人们获得超短极紫外脉冲和孤立阿秒脉冲的重要来源，一直以来都是科研人员研究的一个热点问题。孤立阿秒脉冲的产生给人... 详细信息

原子或分子受到强激光场的作用后，会出现一些新的物理现象，如阈上电离、库仑爆炸、高次谐波等。其中高次谐波作为人们获得超短极紫外脉冲和孤立阿秒脉冲的重要来源，一直以来都是科研人员研究的一个热点问题。孤立阿秒脉冲的产生给人们提供了一种更快的探测手段，人们可以利用其来探测原子及分子内部电子的超快运动过程。本论文通过求解含时薛定谔方程的方法分别对He原子、H2+分子以及不对称的HeH2+分子在不同合成场中高次谐波以及阿秒脉冲的产生进行了理论研究。本文的研究内容主要如下：(1)氦原子在双色合成场的作用下高次谐波的产生以及孤立阿秒脉冲的获得。通过计算发现，使用相干叠加态作为体系的初始态，谐波谱的强度明显增大。然后通过调节基本场和控制场的强度可以得到平台区较宽同时强度也比较大的谐波谱。另外通过调节相对相位这一参数，谐波谱平台区的调制进一步减小，更有利于合成孤立阿秒脉冲。(2)氢分子离子在梯形激光场和静电场形成的合成场的作用下高次谐波产生过程中量子路径的控制以及孤立阿秒脉冲的合成。计算结果显示，叠加合适强度的静电场之后，谐波谱的平台区可以得到明显的拓宽，而且在整个谐波产生过程中长量子路径被明显抑制，对谐波谱的平台区起主要贡献的主要是短量子路径。此外我们根据时频分布图，电子密度分布图以及激光场作用下分子的库仑势，对这一现象的物理机制进行了合理的解释。最后通过叠加合适范围的谐波，获得了一个半高全宽为90as的孤立阿秒脉冲。(3)氦氢分子离子在梯形激光场和半周期激光场形成的合成场的作用下高次谐波的产生和孤立阿秒脉冲的获得。研究发现在激光强度较低的基本场的作用下，电子主要分布在其中一个核周围，氦氢分子离子高次谐波产生过程中的多通道现象能够得到很好地控制。然后通过调节半周期场的强度，能够在拓宽谐波截止位置的同时实现单量子路径的控制。最后我们通过叠加合适阶次的谐波，可以得到一个半高全宽为75as的孤立阿秒脉冲。

关键词：合成场高次谐波的产生量子路径孤立阿秒脉冲