周期性驱动开放量子系统的动力学研究

发布时间：2017-12-17 04:26

  本文关键词：周期性驱动开放量子系统的动力学研究

  更多相关文章： 周期性驱动 开放量子系统 Floquet理论

【摘要】：作为一种普遍采用的量子调控手段,周期性驱动促使量子系统从静态系统变成能量不守恒的非平衡系统。相反地,环境的噪声作用却促使量子系统从非平衡态弛豫到平衡态,二者的结合构成了周期性驱动开放量子系统,两种效应的竞争导致了量子系统表现出丰富多彩的非平衡物理现象。对周期性驱动开放量子系统的研究不仅有助于我们更好的认知和理解复杂的非平衡态行为,而且有助于我们更好的实现对微观系统的单量子态调控。在本文中,我们从三个不同的角度对周期性驱动开放系统进行研究。它们分别是:从系统角度我们研究开放量子系统的退相干控制、从环境角度我们研究周期性驱动二能级系统的共振荧光辐射谱和从驱动角度我们研究周期性驱动系统的Floquet本征热化。首先,我们基于Floquet定理研究自旋1/2粒子在自旋链环境中退相干的周期性驱动控制问题。如何控制开放量子系统的退相干是当今量子工程研究的核心问题。我们发现当系统与环境组成的复合系统的Floquet准能谱中形成束缚态时,系统的退相干就会得到抑制。进一步研究揭示传统相干隧穿破坏方法和动力学退耦方法可以统一纳入到我们提出的退相干抑制的Floquet束缚态机制的物理框架中。相比与传统动力学退耦方法仅适用于退相位噪声控制和敏感地依赖于控制脉冲的参数值,我们的控制方案可有效地抑制耗散噪声且对控制参数的涨落具有鲁棒性。我们所揭示的Floquet束缚态的退相干控制机制为利用周期性驱动实施退相干抑制指明了方向。其次,我们研究超强周期性激光驱动二能级系统的共振荧光辐射谱,该超强驱动使得传统普遍采用的旋波近似不再适用。近年来周期性驱动系统的Floquet物态日益成为备受关注的研究热点问题,但是如何从实验上探测这种含时系统的新奇物态仍是一个亟待解决的问题。我们基于Floquet定理建立了超越旋波近似的共振荧光理论描述。研究结果表明在超强驱动下,不同于旋波近似下的Mollow三峰结构,共振荧光谱将展示出高阶谐波的多峰结构。通过与周期性驱动二能级系统的Floquet准能谱对比,我们发现超强驱动下的荧光谱的多峰结构恰好对应于不同Floquet准能态之间的跃迁能量。该结果铺平了利用共振荧光的手段来探测周期性驱动系统Floquet物态的道路。最后,我们研究周期性驱动量子系统的稳态统计问题。探索与环境弱耦合的周期性驱动系统的稳态是否是Floquet准能态的Gibbs态直接决定了作为当前研究热点问题的Floquet物态的能级填充规则。基于拓展空间的Floquet主方程,我们给出了周期性驱动开放量子系统的Floquet热化规则。按照此规则,我们发现系统的非Floquet热化来源于驱动场和环境之间存在着的稳定能流,从而建立了系统实现Floquet准能态Gibbs态热化行为的能流判据。更进一步,我们发现周期性驱动开放量子系统中存在着具有普适稳态的广义可热化量,并且我们通过引入量子功的概念对其进行了物理解释。这些结果为理解周期性驱动开放量子系统的稳态行为具有积极意义。我们本文对周期性驱动开放量子系统的研究不仅对理解此类系统的非平衡行为具有建设性的意义,而且对利用周期性驱动模拟新奇量子物态具有指导性作用。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O413

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李宗诚;;边界交流关系、量子系统消耗与量子组织均衡——量子开放系统边界交流均衡分析力学基础(Ⅱ)[J];原子与分子物理学报;2008年04期

2 丛爽;朱亚萍;刘建秀;;不同目标函数的量子系统动态跟踪[J];系统科学与数学;2012年06期

3 刘延生，汪佩琼;量子系统绝热演化的非动力学相位[J];武汉水利电力大学学报;1995年05期

4 常功;;量子系统中非指数形式衰变的首次发现[J];科学;1998年01期

5 黄泽霞;黄德才;俞攸红;;开放量子系统状态最优跟踪控制的研究[J];计算机科学;2013年12期

6 丛爽;匡森;;量子系统中状态估计方法的综述[J];控制与决策;2008年02期

7 梅迪;李崇;杨国辉;宋鹤山;;高维量子系统中编码和解码方案(英文)[J];大连理工大学学报;2009年02期

8 杨洁;丛爽;;单个控制场下开放量子系统的状态转移(英文)[J];中国科学院研究生院学报;2012年01期

9 王银珠;侯晋川;;无限维两体量子系统可分态的一个必要充分条件[J];中北大学学报(自然科学版);2012年01期

10 贺圢;侯晋川;;单量子系统状态相等的两类充分必要条件[J];运城学院学报;2012年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 杨名;郑小虎;杨青;董萍;方曙东;王长春;曹卓良;;高维量子系统纠缠浓缩[A];第十五届全国原子与分子物理学术会议论文摘要集[C];2009年

2 刘晓艳;刘学深;周忠源;丁培柱;;量子系统显式辛格式的优化[A];Structure Preserving Algorithm and Its Applications--Proceedings of CCAST (World Laboratory) Workshop[C];1999年

3 丛爽;;量子系统控制做什么?[A];系统仿真技术及其应用学术论文集（第15卷）[C];2014年

4 产林平;丛爽;;开放量子系统量子态相干保持的控制策略[A];'2010系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2010年

5 丛爽;杨霏;;开放量子系统收敛的状态控制策略[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年

6 丛爽;;量子系统的相干控制策略及其实现[A];'2010系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2010年

7 丛爽;郑捷;;两能级量子系统控制场的设计与操纵[A];'2006系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2006年

8 周薇薇;张明;谢红卫;;量子系统的多时间点测量[A];'2006系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2006年

9 刘学深;丁培柱;;量子系统的辛算法及其在激光原子物理中的应用[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集（下）[C];2005年

10 李兆凯;Man-HongYung;陈宏伟;鲁大为;James D.Whitfield;彭新华;Ala'n Aspuru-Guzik;杜江峰;;利用核磁共振量子计算解决量子系统基态问题[A];第十七届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];2012年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 记者 吴长锋;捉住“量子小妖”实现量子算法冷却[N];科技日报;2014年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 崔晓东;GARRISON-WRIGHT相位族的理论与应用研究[D];山东大学;2015年

2 周薇薇;基于几何表示的典型量子系统辨识与控制[D];国防科学技术大学;2013年

3 陈冲;周期性驱动开放量子系统的动力学研究[D];兰州大学;2016年

4 杨洁;开放量子系统的建模及其控制[D];中国科学技术大学;2011年

5 楼越升;量子系统控制场设计方法研究[D];中国科学技术大学;2010年

6 张佳林;开放量子系统与原子量子纠缠和黑洞的霍金辐射[D];湖南师范大学;2008年

7 许景周;多体量子系统中的纠缠演化[D];河北师范大学;2012年

8 童庆军;开放与周期性驱动量子系统的动力学及量子相变研究[D];兰州大学;2013年

9 李明;开放量子系统量子态相干保持的控制策略研究[D];中国科学技术大学;2008年

10 景俊;开放量子系统耗散的若干问题研究[D];上海交通大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 唐剑炬;有限维量子系统的控制协议[D];深圳大学;2015年

2 李洪亮;量子相变与临界现象的张量网络算法研究[D];重庆大学;2015年

3 胡明光;开放量子系统中的几何相[D];南开大学;2009年

4 张萍;概率意义下量子系统可观性的研究[D];郑州大学;2013年

5 魏巍;（S，L，，H）型量子系统的网络实现及数值例子[D];杭州电子科技大学;2013年

6 薛静静;开放量子系统的特性分析及其状态保持控制[D];中国科学技术大学;2015年

7 胡龙珍;开放量子系统特性分析及其状态控制[D];中国科学技术大学;2014年

8 安南;量子系统几何相位的计算与讨论[D];天津大学;2004年

9 孙莹莹;基于学习的开放量子系统图景控制[D];南京大学;2015年

10 丁朝远;量子系统空间平移不变性研究[D];重庆师范大学;2003年

本文编号：1298745