二次型光机耦合的暗态构造和量子多体模拟

发布时间：2017-12-21 17:41

  本文关键词：二次型光机耦合的暗态构造和量子多体模拟　出处：《中国科学技术大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：光机振子系统通过光辐射压力耦合光腔中光场和机械振子,近十多年来吸引了大量的关注,一方面是因为光机振子系统提供了一个可以在量子层面对机械振子进行精确操控的平台,比如对振子的冷却,制备非经典态,这些都是量子信息和量子计算的基本要求。另一方面,光机系统可以复合各种各样的物理系统,以研究或验证各式各样的量子现象。本文将分别探讨单振子和多振子在二次型光机耦合系统中的物理过程,研究光机系统在量子信息和量子计算中的应用和多体系统的量子模拟。本文将主要分成三个部分,首先介绍研究背景,即光机振子系统的发展与研究现状,然后是单振子的非线性暗态,最后讨论用振子一维链结构进行量子多体模拟。在第二部分我们考虑这样的一个复合系统：机械振子与光腔形成二次型光机耦合,同时腔场与原子团的集体激发存在相互作用。因此机械振子和原子集体激发通过腔场间接连接,如果调整好系统的失谐量,使两项相互作用刚好在腔场上形成干涉相消,则可以得到机械振子和原子集体激发之间的暗态。并且,由于相互作用强度能用系统的驱动光进行调节,类似于原子体系里的拉曼绝热转移过程,我们可以完美地把振子上的量子态转移到原子激发中,或者反过来。暗态的探测,则是通过分析腔场的出射谱,或者分析(类似于Electromagnetically Induced Transparency现象)探测光的透射率。对于系统的非线性暗态,我们讨论了它在量子信息上的应用,如信息的存取、压缩等等,以及对系统的扩展等等。光机振子系统具有极强的扩展性,对系统进行扩展可以得到丰富的物理图景,第三部分我们考虑N个光机振子系统组成的一维链,假设相邻的腔场之间有隧穿,则振子和振子之间以腔场间接达成连接。通过大失谐条件绝热消除掉腔场的影响,我们就可以得到N个振子组成的一维多体系统,除了含有玻色-哈勃模型的相互作用项外,还有一些特殊的项,如对隧穿作用和密度-密度相互作用。通过数值模拟可以验证我们得到的有效哈密顿量。由于存在这些高阶的相互作用,系统除了有Mott绝缘相和超流相之外,还有密度波相和超固相等有趣的相,通过调节驱动光强度即能得到相变。相比于光晶格系统,我们得到的这个扩展的玻色-哈勃模型中所有的相互作用强度都能非常灵活的调节,因此可以改变隧穿系数的符号,我们就能研究系统两项隧穿作用之间的竞争关系以及相应的相图。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O43

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本文编号：1316591