动态Casimir效应中的非对称量子关联及原子的动力学行为

发布时间：2020-08-09 04:28

【摘要】：动态Casimir效应包括所有通过真空中量子场边界条件的相对论运动而产生光子的现象。这是一种非常奇妙的现象,能从一片黑暗的真空中产生出光子来。这种“无中生有”的现象正是对量子真空涨落的有力证明。自1970年Moore等人预言了动态Casimir效应的以来,它就受到人们的广泛关注。尤其是2011年动态Casimir效应在超导电路中被成功检测到之后,动态Casimir效应再一次成为量子物理学领域研究的热点问题。随着理论和实验研究的进展,人们发现动态Casimir效应产生的光子对体现出量子纠缠(Quantum Entanglement)和量子失协(Quantum Discord)等量子关联性,这使动态Casimir辐射作为量子技术资源成为可能。因此,更详细地研究如何将动态Casimir效应应用于其他量子信息技术和量子器件中已经成为一个热点问题,尤其是它们在实际环境中对热噪声的鲁棒性,更显得尤为重要。本文第一部分工作是:针对超导电路中动态Casimir效应中的非对称量子关联进行研究。现有的理论和实验研究已经证明动态Casimir效应中产生的辐射具有双模压缩态,因此,我们可以利用系统的协方差矩阵来研究动态Casimir效应中的量子纠缠和量子导引(Quantum steering)等量子关联性。本文将动态Casimir辐射的量子纠缠、量子导引与隐形传态保真度(Teleportation fidelity)联系起来,用协方差矩阵元素分别表示出动态Casimir效应中量子纠缠的PHS判据、EPR导引判据和隐形传态保真度,得出动态Casimir效应产生量子纠缠和单、双向量子导引的参数区域。通过函数图像分析了温度、失协以及驱动振幅对量子纠缠、量子导引和隐形传态保真度的影响。最后我们引入四个witnesses,分别对应前面的PHS判据、EPR导引判据和隐形传态保真度,对比分析产生纠缠和量子导引以及实现量子隐形传态的参数区域,并讨论它们之间的关系。逡逡由于动态Casimir效应中产生的光子检测问题一直以来都是非常具有实际价值的。当非稳腔内嵌入二能级原子时,动态Casimir效应中产生的光子必然与原子之间产生相互影响。本文第二部分工作是:研究非稳腔内放入两个有相互作用的二能级原子的情况下的动态Casimir效应。我们分别得到了腔场处于真空态和压缩真空态,而原子处于激发态时,系统产生的光子数的解析表达式。分析了原子处于激发态时,系统产生的光子数随时间的变化规律。最后我们计算了双原子布居数的解析表达式,发现双原子布居数与压缩系数、原子-场耦合系数和原子间耦合系数等参数有关。所得结果有助于我们加深对动态Casimir效应的认识,并为今后相关问题的研究奠定基础。
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O413
【图文】：

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公开宣布完成对 Casimir 效应的实验验证。虽然这个实验相对（0.5μm）时，其间距不确定性达到0.2μm，但是 Sparnaa验中影响 Casimir 测量的三个因素：两平板表面的平行度、表体板所带的电量。这为后来的 Casimir 效应的实验研究奠定很多学者都不断的努力提高实验的精确度。如，将一块导体，还有为中和导体板所带的静电荷，将导体板用绝缘体或电随着实验技术的发展和实验条件改善，对 Casimir 力的测量方大的进步。如，1978 年，VanBlokland 和 Overbeek 研究了Casimir 力[20]，所得实验结果的精确度与之前的实验相比有

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结果发现：当球面与平面间距远小于球的半径时，所得实验结果与理论上得到的绝对零度下理想导体间的 Casimir 力：231( ) 2 ( )3 240CcF a Raπ= π （1.2.2）一致。在 S.K.Lamoreaux 的实验中，球与面的间距为0.6μm 6μm。在最近间距时，实验精度达到了 95%。因此，这一实验结果被认为是高精度测量 Casimir 力实验发展中的一个里程碑。但是该实验结果没有考虑金表面的粗糙度修正和金的导电率修正[22]。

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5amoreaux 的实验结果引起了学者们对 Casimir 效应的更加热切的关注，19州大学的 Mohideen 小组创造性的利用原子力显微镜（Atomic Foscope AFM）来测量镀铝球面与镀铝平面间的 Casimir 力[23]，测量范围图 1.2.3(a)用 AFM 检测 Casimir 斥力；(b) 金球和硅平面在溴化苯中[27]

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