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简并微扰法求解拉比模型

量子光学学报 2012年第4期18卷 322-327页

作者：裴笑珍汪丽蓉贾锁堂山西大学激光光谱实验室量子光学与光量子器件国家重点实验室山西太原030006

运用简并微扰的方法得到拉比模型在二阶微扰下的能量和一阶微扰下的波函数。所得结果在当前的实验参数范围内与数值模拟符合非常好。这一方法对求解拉比模型的系统能级具有指导意义,有益于拉比模型的进一步应用。

关键词：拉比模型简并微扰理论解析能谱

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简并微扰法求解拉比模型

简并微扰法求解拉比模型

作者：裴笑珍山西大学

学位级别：硕士

近几十年来,随着激光冷却和俘获中性原子技术的成熟,腔量子电动力学飞速发展。腔量子电动力学主要研究在一个共振腔里电磁场与物质的相互作用,腔量子电动力学发现了许多新的物理现象,例如原子粒子布居数的崩塌-复原现象、强耦合条件下... 详细信息

近几十年来,随着激光冷却和俘获中性原子技术的成熟,腔量子电动力学飞速发展。腔量子电动力学主要研究在一个共振腔里电磁场与物质的相互作用,腔量子电动力学发现了许多新的物理现象,例如原子粒子布居数的崩塌-复原现象、强耦合条件下的拉比振荡、Casimer效应等。在腔量子电动力学中,最简单和经典的模型是光与二能级原子相互作用的模型。本文主要研究单模光场与一个二能级原子的相互作用,即拉比模型。针对拉比模型的能谱和波函数的求解,本文提出了一种新的方法,其主要内容包括下列三部分：简单回顾从量子力学到量子电动力学的发展历史,介绍量子电动力学的发展及一些重要理论和应用,描述腔与原子的相互作用,着重讨论腔与二能级原子相互作用的半经典理论和全量子理论,提出拉比模型。在电路量子电动力学系统中,推导拉比模型的哈密顿量,从超导电荷量子比特出发,简述超导电荷量子比特的工作原理,并推导超导电荷量子比特和超导传输线腔哈密顿量,分析超导电荷量子比特与超导传输线腔耦合情况,得到超导电荷量子比特和超导传输线腔相互作用的哈密顿量。结合能量简并的特点,提出利用简并微扰的方法求解拉比模型,并得到其能谱和波函数。所得结果在当前的实验参数范围内与数值模拟符合非常好。这一方法对求解拉比模型的系统能级具有指导意义,有益于拉比模型的进一步应用。

关键词：腔量子电动力学拉比模型简并微扰理论

利用超导量子比特模拟极强驱动下的半经典拉比模型

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利用超导量子比特模拟极强驱动下的半经典拉比模型

作者：吴海腾南京大学

学位级别：硕士

超导量子比特是目前进行量子模拟的最理想平台之一,而拉比模型是描述光与物质相互作用的最基本的模型,在很多量子调控系统中（核磁共振、腔量子电动力学、电路量子电动力学）都被广泛而深入地研究过.然而,在极强驱动或极强耦合导致旋转... 详细信息

超导量子比特是目前进行量子模拟的最理想平台之一,而拉比模型是描述光与物质相互作用的最基本的模型,在很多量子调控系统中（核磁共振、腔量子电动力学、电路量子电动力学）都被广泛而深入地研究过.然而,在极强驱动或极强耦合导致旋转波近似失效情况下的拉比模型的行为在实验中是很难实现的.为此,我们设计了一种在实验中模拟任意强驱动情况下的半经典拉比模型的方案,在一个超导量子比特3D transmon系统中实现了这种实验方案,并且演示了二能级系统在驱动强度远超自身能级差情况下的种种行为.

关键词：拉比模型超导量子比特量子模拟

具有PT对称结构的交叉腔量子拉比模型的相变

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具有PT对称结构的交叉腔量子拉比模型的相变

作者：王宁湖南师范大学

学位级别：硕士

我们研究的是两个腔和单个二能级原子相互作用的系统,其中一个腔上有增益另一个腔上有耗散,这两个腔满足宇称和时间反演对称性(PT对称性)并且形成一个交叉腔。在这个系统中,耗散拉比相变和自发性PT对称破缺同时存在。整个系统可以用一... 详细信息

我们研究的是两个腔和单个二能级原子相互作用的系统,其中一个腔上有增益另一个腔上有耗散,这两个腔满足宇称和时间反演对称性(PT对称性)并且形成一个交叉腔。在这个系统中,耗散拉比相变和自发性PT对称破缺同时存在。整个系统可以用一个主方程来描述,通过半经典近似,忽略量子振荡,从主方程中可以得到标准的海森堡朗之万方程。当系统处于PT不对称态时,我们得到的半经典方程会存在稳态解,求其稳态解会发现存在一个临界点g,此临界点对应拉比相变。当系统处于PT对称态时会存在一组振荡解,同样存在一个临界点。在gg的区域中利用幺正变换,获得有效主方程,通过对其求解作出相应的相图。经过分析发现以前的耗散量子拉比模型中出现的正常相和超辐射相仍然存在于我们的系统中。当系统由正常相变为超辐射相时,有效耦合由原来的与g成正比变成了与g成反比。同时,PT非对称相和对称相也会影响耗散量子Rabi模型。对于PT非对称相,当时间趋于无限大时,整个系统将处于稳定状态,因为能量最终会耗散到周围的环境中。当由PT非对称相变为对称相时,系统的增益和损耗可以重新平衡,最初的耗散量子Rabi模型的行为类似于无衰变的Rabi模型。这意味着,除了先前的耗散量子Rabi模型中存在的正常相和超辐射相之外,当前系统中还会出现一个振荡相,这完全归因于PT对称结构。通过一个自洽方程可以确定振荡频率,作出相应的相图,对振荡频率进行分析可以发现在振荡相I(OP I)和振荡相II(OP II)中振荡频率的表现是截然不同的。当我们固定衰减率κ,随着耦合强度g的增加,振荡频率在OP I中也随着增加而在OP II中却在减小。振荡频率几乎与衰减率无关。还可以看出振荡频率的另一个重要特征是从振荡相到正常相和超辐射相的边缘过渡处的不连续性,这导致了序参数的不连续。

关键词：量子相变 PT对称拉比模型临界点

量子比特间相互作用对同量子谐振腔强耦合的量子比特纠缠性质的影响

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光学学报 2016年第2期36卷 235-246页

作者：董锟北京邮电大学理学院北京100876

在拉比模型中加入了量子比特之间的相互作用,并用绝热近似的方法求解拉比模型,同时探讨相互作用项对于量子比特纠缠的影响。一个显著的结果是通过选择合适的相互作用参数,可以延长量子比特之间纠缠的时间或提高纠缠度。产生和保持纠缠... 详细信息

在拉比模型中加入了量子比特之间的相互作用,并用绝热近似的方法求解拉比模型,同时探讨相互作用项对于量子比特纠缠的影响。一个显著的结果是通过选择合适的相互作用参数,可以延长量子比特之间纠缠的时间或提高纠缠度。产生和保持纠缠是量子信息处理的核心。

关键词：量子光学拉比模型过耦合绝热近似

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在超强耦合条件下对量子比特纠缠保持的研究

光学学报 2016年第4期36卷 290-297页

作者：田贵花董锟钟树泉北京邮电大学理学院北京100876 北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室北京100876

研究了与处于相干态的量子谐振腔相耦合的,具有相互作用的两个量子比特的动力学问题。量子比特与量子谐振腔之间处于超强耦合并且它们之间的失谐量很大。利用绝热近似的方法,可以通过选择量子谐振腔相干态的平均粒子数、量子谐振腔与量... 详细信息

研究了与处于相干态的量子谐振腔相耦合的,具有相互作用的两个量子比特的动力学问题。量子比特与量子谐振腔之间处于超强耦合并且它们之间的失谐量很大。利用绝热近似的方法,可以通过选择量子谐振腔相干态的平均粒子数、量子谐振腔与量子比特的耦合强度、量子谐振腔以及量子比特各自的频率和量子比特之间的相互作用强度这4个参数,来保持量子比特的纠缠。如果量子比特之间的相互作用强度为负数,可以使它们之间的纠缠保持很长时间。这些结果不同于之前的研究,并做出了对应的解释。保持纠缠使得上述结果可能会应用到量子信息处理中。

关键词：量子光学拉比模型纠缠绝热近似

交叉腔中拉比相变研究以及双层钼硫硒的能带结构拟合

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交叉腔中拉比相变研究以及双层钼硫硒的能带结构拟合

作者：李南沾深圳大学

学位级别：硕士

本文研究了有两个光学共振腔同时和一个二能级原子进行相互作用,由此构成一个交叉腔。其中一个光学共振腔上有增益,而另一个光学共振腔上存在耗散,简单起见假设一个腔的增益跟另一个腔的耗散刚好满足宇称和时间反演对称性（PT对称性）... 详细信息

本文研究了有两个光学共振腔同时和一个二能级原子进行相互作用,由此构成一个交叉腔。其中一个光学共振腔上有增益,而另一个光学共振腔上存在耗散,简单起见假设一个腔的增益跟另一个腔的耗散刚好满足宇称和时间反演对称性（PT对称性）。二能级原子和光场的相互作用可以导致单原子的拉比相变,而交叉腔的哈密顿量在PT对称情况下存在自发PT对称破缺。这两种机制同时存在这个系统中,会相互竞争,相互影响,从而使得在这个交叉腔中间产生更为丰富的相图。我们的研究着眼于相图的相变机制以及不同相之间转化时的相变行为。通过用主方程来描述整个量子体系,采用忽略量子相干项半经典近似后,可以由主方程得到标准的海森堡朗之万方程。在此基础上,当系统处在PT不对称态时,输入光学振动腔的增益不能够抵消对环境的耗散,使得系统最后还会处在稳态上。通过解稳态解,就可以得到此时系统的拉比相变的临界点gc。而在另一方面,当系统处于PT对称态,可以预想到由于输入的能量可以克服掉耗散掉的能量,所以存在一组以某一特征频率在振荡的解。对于这种振荡解,也同样会存在临界点gc。为了能够重新得到光腔中的光场量子涨落的信息,在g＜gc和g＞gc两种情况下,我们利用幺正变换,得到光腔的等效主方程,并通过对主方程的求解,得到相应的剩下的相图的信息,从而给出了完整的相图。本文另一个工作是给出了双层钼硫硒的不同堆叠方式的电子能带给出了对应的层间耦合参数,使得理论可以和数字模拟进行对比。我们首先利用了能带模型来拟合单层的钼硫硒,从而可以和数值对比得到模型里面需要的参数。在此基础上,我们再考虑双层叠加起来时候的模型,如此最终我们只需要去确定层间耦合的一个参数,大大简化了对整个模型参数的估计。由于双层钼硫硒的上下层分别对应硫原子与硒原子层,所以对于双层钼硫硒,会有4种堆叠方式。对于这4种堆叠方式利用理论模型和数值拟合得到的层间耦合的强度基本一致。考虑到层间耦合来自于层间电子波函数的重叠,这与预期的结果符合。

关键词：量子相变 PT对称拉比模型钼硫硒能带模型数值模拟

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基于耦合腔系统的调控与探测

基于耦合腔系统的调控与探测

作者：崔馨匀东北师范大学

学位级别：硕士

腔与腔,腔与物质耦合将形成可控的量子网络,对于构造量子器件具有广阔的应用前景,故量子光腔的研究成为近年来量子光学领域的热点问题。本论文将分别从腔与腔之间耦合和腔与物质耦合系统出发,讨论如何构造量子器件及进行探测两方面内容... 详细信息

腔与腔,腔与物质耦合将形成可控的量子网络,对于构造量子器件具有广阔的应用前景,故量子光腔的研究成为近年来量子光学领域的热点问题。本论文将分别从腔与腔之间耦合和腔与物质耦合系统出发,讨论如何构造量子器件及进行探测两方面内容。主要的研究成果如下:一、我们基于线性耦合腔系统从理论上提出了光子闪灯的理论方案。通过外场驱动两边腔,形成循环能级结构,驱动场之间的相位差可以作为稳态控制器。在光学三体结构中,我们证明在共振驱动的情况下,可以实现完美的光子闪灯。进而将完美的光子闪灯方案推广到多个耦合腔系统中,在相位调控下实现了奇数和偶数腔的明暗交替。二、我们通过引入辅助谐振腔,在理论上提出了在超强耦合或深强耦合区域下探测发射极谐振腔耦合强度的理论方案。我们通过变换的旋转波近似获得了双模拉比模型的基态,其优于通常应用的旋转波近似。这里,通过测量辅助谐振腔中的平均光子数来检测发射极谐振器的耦合强度,并且解析讨论了检测方案的灵敏度。我们的间接探测方案可能在量子计量领域中有很好的前景。

关键词：量子光腔相位调控拉比模型变换旋转波近似间接探测