量子体系的能量操控以及微观器件的研究

发布时间：2017-11-02 10:34

  本文关键词：量子体系的能量操控以及微观器件的研究

  更多相关文章： 量子体系 能量输运 涨落耗散定理 非平衡体系热力学定律 量子器件

【摘要】：量子物理一直是现阶段科学家们所关心的热点问题。由于技术工艺的进步以及人们对于产品更高性能的要求,我们需要对量子体系的动力学及其性质有着清楚的认识。现实世界的系统由于不可避免的要和外界环境发生相互作用,因此研究融合有外界环境作用的量子开放体系性质是很有必要。而与量子开放体系有关的一些物理现象,比如量子非平衡过程中的能量输运以及相应的热力学定律研究,是我们认识量子世界的重要一环。而对于微小尺度的量子器件研究,我们着重关心它们表现出来与宏观器件不一样的性质,这将为大规模集成化量子器件提供基础。在本文中我们将主要从量子体系的热力学过程和量子器件的设计做相应的研究。关于量子体系热力学的研究,首先我们是从如何有效的操控体系的能量流动角度出发,来探索高效的传输量子能量。对于自旋玻色体系,我们利用缓慢绝热周期性的调节体系参数,从而在体系中诱导出几何相位,来驱动能量的流动。其次我们研究了在非平衡过程中开放体系的涨落耗散定理以及所满足的热力学规律。我们以布朗运动粒子为例,讨论了推广的热力学第二定律的适用性;然后运用量子态耗散方法(QSD)轨迹,第一次推导出非平衡体系在量子非马尔可夫下所满足的涨落耗散定理以及Jarzynski等式。然后我们对于机械振子体系做了相关的热力学研究,我们关心的是如何高效的冷却机械振子,我们设计了chirped脉冲形式,用以冷却微盘-波导的光腔机械振子体系中含有耗散和色散两种相互作用的机械振子,而当讨论光腔机械振子中,如何避免缺陷带来的加热机械振子效果时,我们提出了使用周期性的σz脉冲入射到缺陷上,和不加脉冲相比,我们可以有效的消除缺陷的加热效果,保留下之前忽略缺陷时光腔机械振子冷却的效果。量子器件性质的研究则是为大规模集成化使用量子器件提供基础。首先我们讨论了在耦合双量子点系统中,通过调节外加的磁场等,可以实现极性可控的量子尺度的热二极管,并且它有着很好的单向导通性能;其次我们研究了小分子器件里的模式选择问题,对于施加在分子上的外加偏置电压做调节,我们可以选择性的激发分子里的某些特定振动频率,这将为有效的控制分子内部的动力学提供一种方法;最后我们探索了利用非线性的光学微腔,产生高效的单光子光源,这将会被使用在量子密钥分发中用于提升量子通信的效率。
【关键词】：量子体系 能量输运 涨落耗散定理 非平衡体系热力学定律 量子器件
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O413
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-12
• 1.1 背景介绍8-9
• 1.2 前人成果简介9-10
• 1.2.1 开放体系问题9
• 1.2.2 量子级别的器件研究9-10
• 1.2.3 量子通信安全性10
• 1.3 文章主要内容10-12
• 1.3.1 能量输运的有效控制以及对应的涨落耗散定理10-11
• 1.3.2 机械振子冷却的研究11
• 1.3.3 微观器件的制备及相关性质的研究11-12
• 第2章 主要研究方法12-15
• 2.1 主方程方法12-13
• 2.2 量子跳跃方法13-14
• 2.3 量子态耗散方法14-15
• 第3章 量子能量输运研究及涨落耗散定理15-44
• 3.1 量子体系的能量输运研究15-22
• 3.2 涨落耗散定理22-43
• 3.2.1 推广的热力学第二定律22-32
• 3.2.2 非马尔可夫下的涨落耗散定理32-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第4章 机械振子冷却的研究44-60
• 4.1 含有两种相互作用的机械振子冷却44-54
• 4.2 考虑缺陷的机械振子冷却54-59
• 4.3 本章小结59-60
• 第5章 微观器件的制备及相关性质研究60-78
• 5.1 热二极管的方案60-66
• 5.2 分子的模式选择性激发66-76
• 5.3 单光子源的制备76
• 5.4 本章小结76-78
• 第6章 总结与展望78-80
• 参考文献80-91
• 致谢91-93
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果93

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本文编号：1131218