量子Rabi模型中单光子和多光子交换过程的动力学研究
发布时间：2020-09-24 09:26
近几年,随着实验探究的进一步发展,实现了量子比特与光子超强耦合,此种情况下旋波近似失效,系统动力学必须由Rabi模型来描述。同时光和物质之间的耦合不断增强时,相互作用系统不仅存在我们已经熟知的单光子交换,还存在双光子交换过程(同时吸收和放出两个光子的过程),这一现象极大地精确了光与物质相互作用本征能量的求解,也丰富了对光与物质相互作用物理机制的认识。本文利用变换旋转波方法(TRWA),对单光子交换和双光子交换的量子Rabi模型进行了解析求解,为研究体系能谱提供理论依据,并期许将结果应用到电路量子电动力学的研究中。本文主要的研究工作有:1.利用反旋波近似的方法求解单光子交换过程的Rabi模型。先对系统的哈密顿进行两次幺正变换,变换过程中引入反旋波项,并利用对双曲正弦和双曲余弦取高阶近似,最后得到与旋波近似方法下类似结构的哈密顿形式。通过求解哈密顿本征值,得到了体系基态以及若干激发态的能级结构。2.求解双光子交换过程的量子Rabi模型。首先利用反旋波近似的方法,在变换的过程中保留反旋波项;然后,通过选择合适的变换参量,将哈密顿矩阵对角化。最终实现体系哈密顿的解析求解,得到体系能谱。本论文致力于量子比特与量子化光场强相互作用体系哈密顿的求解,所得到的体系能谱对于了解量子Rabi模型的结构和对称信息是十分重要的,进一步为量子比特--光场超强耦合实验参数的选择提供理论依据。
【学位单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O431.2
【部分图文】：
图 1-1 量子计算机的工作原理图[3]图 1-2 量子逻辑门与经典逻辑门的比较图[3]子逻辑门是量子计算机设计中的核心部分，量子计算机根据运算的需同的幺正变换，而与传统算计机逻辑门变换不同的是幺正变换是可逆表 1-2 量子计算机和传统计算机逻辑门对比传统计算机 量子计算机高。传统计算机在运行过程中主经典逻辑门，因为经典逻辑门具1.低能耗。量子计算机在运行过程要通过量子逻辑门实现幺正变换，
图 1-2 量子逻辑门与经典逻辑门的比较图[3]量子逻辑门是量子计算机设计中的核心部分，量子计算机根据运算的需求不同的幺正变换，而与传统算计机逻辑门变换不同的是幺正变换是可逆的。表 1-2 量子计算机和传统计算机逻辑门对比传统计算机 量子计算机耗高。传统计算机在运行过程中主过经典逻辑门，因为经典逻辑门具可逆门，会使系统损失电子比特，增加了能量的损耗。1.低能耗。量子计算机在运行过程中主要通过量子逻辑门实现幺正变换，在变换的过程中都是可逆的，极大地降低了比特的损失进而降低了能量的损耗。行速度一般。传统计算机电子比特处于 0 态还有 1 态，伴随着电子比量的增加运行速度以线性倍增加。2.运行速度快。量子计算机由于不仅可以处于 0 态还有 1 态，还可以处于他们的叠加态这一特性，伴随着量子比特数量的增加运行速度以指数倍增加，并且可以同时进行运算。例如一台 40 位的量子计算机，运行 1 秒相当于一台 102
个处于量子态的量子比特放在 X 方向的磁场中 时，碳原子的核自旋在 X-0-Y 平面中分别对应转将体系绕 X 轴转动2 ，根据氢原子核自旋处于于不同的态，从而完成两比特控制非门。比特计算机是由一些单、双量子比特的门组成量子逻辑门比如旋转门、或门等等进行组合，算机还处于研究阶段，近几年各个国家都增大些大的企业比如苹果、微软、谷歌、百度等也关于量子计算机的实验探究，核磁共振方案相导材料等方案更加成熟，已经实现十几个比特研究水平虽距欧美国家还有一定差距但也在逐一个 17 位量子比特芯片。
本文编号：2825564
【学位单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O431.2
【部分图文】：
图 1-1 量子计算机的工作原理图[3]图 1-2 量子逻辑门与经典逻辑门的比较图[3]子逻辑门是量子计算机设计中的核心部分，量子计算机根据运算的需同的幺正变换，而与传统算计机逻辑门变换不同的是幺正变换是可逆表 1-2 量子计算机和传统计算机逻辑门对比传统计算机 量子计算机高。传统计算机在运行过程中主经典逻辑门，因为经典逻辑门具1.低能耗。量子计算机在运行过程要通过量子逻辑门实现幺正变换，
图 1-2 量子逻辑门与经典逻辑门的比较图[3]量子逻辑门是量子计算机设计中的核心部分，量子计算机根据运算的需求不同的幺正变换，而与传统算计机逻辑门变换不同的是幺正变换是可逆的。表 1-2 量子计算机和传统计算机逻辑门对比传统计算机 量子计算机耗高。传统计算机在运行过程中主过经典逻辑门，因为经典逻辑门具可逆门，会使系统损失电子比特，增加了能量的损耗。1.低能耗。量子计算机在运行过程中主要通过量子逻辑门实现幺正变换，在变换的过程中都是可逆的，极大地降低了比特的损失进而降低了能量的损耗。行速度一般。传统计算机电子比特处于 0 态还有 1 态，伴随着电子比量的增加运行速度以线性倍增加。2.运行速度快。量子计算机由于不仅可以处于 0 态还有 1 态，还可以处于他们的叠加态这一特性，伴随着量子比特数量的增加运行速度以指数倍增加，并且可以同时进行运算。例如一台 40 位的量子计算机，运行 1 秒相当于一台 102
个处于量子态的量子比特放在 X 方向的磁场中 时，碳原子的核自旋在 X-0-Y 平面中分别对应转将体系绕 X 轴转动2 ，根据氢原子核自旋处于于不同的态，从而完成两比特控制非门。比特计算机是由一些单、双量子比特的门组成量子逻辑门比如旋转门、或门等等进行组合，算机还处于研究阶段，近几年各个国家都增大些大的企业比如苹果、微软、谷歌、百度等也关于量子计算机的实验探究，核磁共振方案相导材料等方案更加成熟，已经实现十几个比特研究水平虽距欧美国家还有一定差距但也在逐一个 17 位量子比特芯片。
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 刘超;梁丽;徐亮;;计算机的发展趋势分析[J];产业与科技论坛;2013年02期
本文编号：2825564
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/2825564.html
