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不同量子系统之间相互作用的理论探索及其应用

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不同量子系统之间相互作用的理论探索及其应用

作者：陈思宇扬州大学

学位级别：硕士

量子测量问题是量子力学区别于经典力学的重点之一。测量问题的本质是对波函数是否发生坍缩或如何坍缩提出疑问。理论上每一次波函数坍缩都伴随着量子系统之间的相互作用,这种相互作用是我们探索测量问题的关键。而不论是量子系统还是... 详细信息

量子测量问题是量子力学区别于经典力学的重点之一。测量问题的本质是对波函数是否发生坍缩或如何坍缩提出疑问。理论上每一次波函数坍缩都伴随着量子系统之间的相互作用,这种相互作用是我们探索测量问题的关键。而不论是量子系统还是经典系统,都无法做到不考虑系统之间的相互作用而进行演化,这就意味着只要有相互作用存在,量子系统就不会按照封闭系统的哈密顿量一直演化下去。因此本论文选择用开放系统对量子系统之间的相互作用进行探究。具体而言,本论文主要研究不同量子系统在发生相互作用时的分析方法,以及应用不同计算方法得出关于量子系统的相互作用过程中的物理量的演化。本文首先将回顾量子力学的基本原理以及测量问题与量子力学诠释的历史,进而对不同量子系统的相互作用展开研究。论文整体主要分为两部分:上半部分主要是与量子系统相互作用有关的基础知识,而在下半部分中我们运用不同的计算方法,研究不同量子系统之间的相互作用,并得出有关系统相互作用的相关规律,例如量子退相干,相互作用过程中的熵产生等。本文的结构如下:在第一章中,本文将回顾关于测量问题的定义以及历史背景,研究量子系统相互作用的意义。在第二章中,本文将介绍描述量子系统的基本知识,不同的计算方法,以及在量子系统相互作用的过程中涉及到的物理定律。在第三章中,本文将用微扰法研究量子系统的相互作用和退相干。我们首先设置了两个量子系统,即量子比特(我们称之为系统)与热态(我们称之为环境)。通过微扰法,我们可以得到于系统与环境的演化结果,并对系统的退相干与兰道尔原理进行了进一步探究。在第四章中,本文使用了高斯量子力学的方法探究量子系统在相互作用过程中的熵产生。我们利用计算机模拟了单个谐振子组成的系统和多个谐振子组成的环境,按照高斯量子力学编写代码,最终得到了这种量子系统的演化结果,对熵产生的本质进行了进一步探索。在第五章中,我们总结了全文内容并进行展望。

关键词：量子系统相互作用测量问题退相干

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三代中微子退相干模型

辽宁大学学报（自然科学版） 2003年第4期30卷 326-327,360页

作者：潘祺孙亚轩李永庆马凤才辽宁大学物理系辽宁沈阳110036

对三代中微子退相干模型进行了推导.

关键词：中微子退相干主方程 Lindblad项耦合量子力学

电声子相互作用对量子点分子中单电子隧穿的影响

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物理学报 2005年第7期54卷 3346-3350页

作者：吴卓杰朱卡的袁晓忠郑杭上海交通大学物理系上海200240

研究了双量子点系统中的电子隧穿动力学过程,在考虑电子与声子相互作用的情况下用基于正则变换的微扰方法解析地得到了电子动态隧穿电流的表达式.并且详细分析电子与声子耦合引起的退相干问题,在此基础上指出了可能的退耦机理.

关键词：电声子相互作用单电子隧穿分子动力学过程双量子点声子耦合隧穿电流微扰方法正则变换退相干表达式

非旋波近似下有外加驱动场时二态量子系统的退相干性

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量子电子学报 2011年第6期28卷 705-709页

作者：张成强姬长建刘萌谭霞李华齐鲁师范学院物理系山东济南250200 潍坊学院物理与电子科学学院山东潍坊261061

采用非旋波近似,讨论了热库中二态量子系统在外加驱动场作用下的退相干性。利用系统的演化酉算符,计算出了二态量子系统的约化密度矩阵非对角矩阵元。结果表明:二态量子系统的量子相干性与其初始状态、热库和外加驱动场的频率、二态量... 详细信息

采用非旋波近似,讨论了热库中二态量子系统在外加驱动场作用下的退相干性。利用系统的演化酉算符,计算出了二态量子系统的约化密度矩阵非对角矩阵元。结果表明:二态量子系统的量子相干性与其初始状态、热库和外加驱动场的频率、二态量子系统与热库和驱动场的耦合强度等因素有关。确定了外加驱动场与退相干性之间的关系,并得到了外加驱动场的时间演化满足特定条件时,可保持系统的相干性。

关键词：量子光学退相干非旋波近似二态量子系统外加驱动场

光与物质相互作用系统中的量子Fisher信息和自旋压缩

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物理学报 2014年第17期63卷 47-53页

作者：常锋王晓茜盖永杰严冬宋立军长春理工大学理学院长春130022 长春大学理学院长春130022

Fisher信息是估计理论中的重要概念,最近发现与量子信息中的纠缠判据具有密切联系.非旋波近似条件下,Dicke模型经典相空间表现为混沌动力学特征.本文详细考察了Dicke模型描述的光与物质相互作用系统中量子Fisher信息和自旋压缩动力学特... 详细信息

Fisher信息是估计理论中的重要概念,最近发现与量子信息中的纠缠判据具有密切联系.非旋波近似条件下,Dicke模型经典相空间表现为混沌动力学特征.本文详细考察了Dicke模型描述的光与物质相互作用系统中量子Fisher信息和自旋压缩动力学特性.结果表明:在短时瞬态情况下,无论初态处于规则区域还是混沌区域系统均表现为纠缠性质;但在长时稳态情况下,初态处于规则区域时系统纠缠消失,而初态处于混沌区域时系统则一直存在纠缠.通过与系统自旋压缩动力学性质相比较,发现量子Fisher信息可以更有效地刻画量子混沌.进一步考察初态处于规则和混沌区域时系统密度矩阵和纯度的动力学演化特性,发现混沌导致系统退相干现象发生,说明量子Fisher信息对混沌更敏感.

关键词：量子Fisher信息自旋压缩量子混沌退相干

双激子和浸润层泄漏以及俄歇俘获对量子点Rabi振荡衰减的影响

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物理学报 2006年第5期55卷 2122-2127页

作者：刘绍鼎程木田周慧君李耀义王取泉薛其坤武汉大学物理系武汉430072 中国科学院物理研究所国际量子结构中心北京100080

研究了脉冲激光激发下半导体量子点激子Rabi振荡中多能级过程引起的退相干特性.运用多能级粒子数运动方程组,分别计算和分析了三种多能级过程(双激子、浸润层泄漏以及俄歇俘获过程)对量子点中Rabi振荡衰减的影响.分析表明,双激子的影响... 详细信息

研究了脉冲激光激发下半导体量子点激子Rabi振荡中多能级过程引起的退相干特性.运用多能级粒子数运动方程组,分别计算和分析了三种多能级过程(双激子、浸润层泄漏以及俄歇俘获过程)对量子点中Rabi振荡衰减的影响.分析表明,双激子的影响在激发脉冲的脉宽较长时(>5ps)可以忽略;浸润层的泄漏虽然使得激子基态上粒子数振荡的振幅随着激发场的增强而减小,但是同时也导致了振荡平均值的减小;分析和讨论了两种俄歇俘获方式对激子振荡和复合发光的影响.

关键词： Rabi振荡半导体量子点退相干俄歇俘获

利用金刚石氮-空位色心精确测量弱磁场的探索

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物理学报 2017年第23期66卷 84-90页

作者：李路思李红蕙周黎黎杨炙盛艾清北京师范大学物理学系北京100875

基于金刚石氮-空位色心对精确测量微弱静磁场进行了探索.金刚石氮-空位色心电子自旋的退相干时间高度依赖于外磁场,而不同的退相干特征时间对磁场的灵敏度不同.对金刚石氮-空位色心电子自旋在不同强度外磁场下的退相干过程进行模拟,得... 详细信息

基于金刚石氮-空位色心对精确测量微弱静磁场进行了探索.金刚石氮-空位色心电子自旋的退相干时间高度依赖于外磁场,而不同的退相干特征时间对磁场的灵敏度不同.对金刚石氮-空位色心电子自旋在不同强度外磁场下的退相干过程进行模拟,得到不同退相干特征时间与磁场大小的高准确度关系,提出了基于响应度最高的退相干特征时间测量静态弱磁场大小和方向的方法,并分析了该方法测量静态弱磁场的灵敏度,证明该方法的测量灵敏度比一般磁场测量仪器更高.

关键词：弱磁探测金刚石氮-空位色心退相干

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中间测量对受驱单量子比特统计复杂度的影响

物理学报 2020年第23期69卷 10-16页

作者：巩龙延杨慧赵生妹南京邮电大学理学院江苏省新能源技术工程实验室南京210003 南京邮电大学信号处理与传输研究院南京210003

最近,基于量子信息理论的统计复杂度引起了人们的关注.在噪声环境下,一个受外界驱动的单量子比特系统具有丰富的动力学行为.本文利用Lindblad方程,在Born-Markov近似下,研究N次中间量子测量后,在系统演化的最后时刻τ,末态的统计复杂度C... 详细信息

最近,基于量子信息理论的统计复杂度引起了人们的关注.在噪声环境下,一个受外界驱动的单量子比特系统具有丰富的动力学行为.本文利用Lindblad方程,在Born-Markov近似下,研究N次中间量子测量后,在系统演化的最后时刻τ,末态的统计复杂度C.研究发现:在τ由0变大的过程中,C从0开始,先增大到最大值,然后减小,直到再趋近于0;N较小时,C伴随着明显的不规则振荡现象,振幅随τ逐渐减小;N越大,C随τ的变化趋势越接近无中间测量时的变化趋势.研究结果给量子态的操控提供了一定的理论参考.

关键词：量子统计复杂度量子测量退相干受驱量子比特

超欧姆型热库环境下互感效应对磁通量子比特退相干的影响

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量子电子学报 2012年第6期29卷 714-722,701页

作者：邹雄冯斌斌嵇英华江西师范大学物理与通信电子学院江西南昌330022 江西省光电子与通信重点实验室江西南昌330022

在二能级近似下运用Bloch-Redfield方程,研究了超导量子电路中的磁通量子比特退相干在超欧姆热库环境下受互感效应的影响。研究结果表明:1)在超欧姆热库环境下,提高环境指标系数有利于延长超导磁通量子比特的退相干时间;2)构建超欧姆型... 详细信息

在二能级近似下运用Bloch-Redfield方程,研究了超导量子电路中的磁通量子比特退相干在超欧姆热库环境下受互感效应的影响。研究结果表明:1)在超欧姆热库环境下,提高环境指标系数有利于延长超导磁通量子比特的退相干时间;2)构建超欧姆型热库环境可以改进固态量子比特的退相干;3)电感元件间的互感耦合对量子电路系统退相干的影响是比较复杂的,调控好电感元件间的互感耦合有利于提高退相干时间。

关键词：量子光学退相干磁通量子比特超欧姆型热库