真空涨落与量子系统的纠缠动力学和辐射性质

发布时间：2022-08-11 22:12

　　从量子意义上说,真空不再是一无所有的虚空,而是存在着时刻涨落的量子场。因此,量子世界中任何真实的系统都不能再被当作孤立系统,因为它们与真空这类外部环境之间的相互作用总是不可避免的,而正是涨落量子场的诸多类型造就了开放量子系统多样的动力学行为。最近,人们直接探测到来自双黑洞合并系统的引力波信号,这一突破既证实了爱因斯坦在广义相对论中对引力波存在的预测,又推动了人们对引力波量子化所导致效应的研究。如果我们认为大家所熟知的基本量子原理同样适用于引力,即建立量子引力理论,那么引力波量子化的一个最直接的结果就是时空自身也会发生量子涨落。本文将研究与时空自身量子涨落相关的两种效应―基本量子系统的自发激发和量子纠缠产生问题,并将结果与真空物质场涨落的相应情况进行比较。另外,我们知道平直时空中边界的存在会改变真空中涨落的场模,这种对真空涨落的修正作用可导致很多新颖的效应,例如Casimir效应、光锥的涨落、以及真空电磁涨落中试验粒子的Brownian运动等。因此,本文还将研究全反射边界的存在对两个匀加速运动的二能级原子间纠缠动力学的影响。最后,本文将研究另一个与真空涨落相关的可观测效应,即真空涨落诱导... 

【文章页数】：154 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
0.1 中文摘要
0.2 英文摘要
第一章 绪论
    1.1 真空和Unruh效应简介
        1.1.1 真空的定义
        1.1.2 Unruh效应
    1.2 原子辐射性质简介
        1.2.1 原子的自发辐射和自发激发
        1.2.2 原子的Lamb移动和Casimir-Polder相互作用
        1.2.3 DDC的算符对称排序方法
    1.3 开放量子系统理论简介
        1.3.1 开放量子系统状态的描述
        1.3.2 开放量子系统演化的主方程
    1.4 量子纠缠简介
        1.4.1 量子纠缠态
        1.4.2 量子纠缠的判据
        1.4.3 量子纠缠的度量
第二章 平直时空中匀加速原子的自发激发
    2.1 匀加速原子与物质场涨落相互作用
        2.1.1 与真空无质量实标量场涨落相互作用
        2.1.2 与真空电磁场涨落相互作用
        2.1.3 与真空Dirac场涨落相互作用
    2.2 匀加速原子与时空自身涨落相互作用
        2.2.1 时空自身量子涨落
        2.2.2 与时空自身涨落相互作用的原子的自发激发
    2.3 小结
第三章 在开放量子系统的框架下计算Casimir-Polder相互作用
    3.1 二阶和四阶微扰近似下的Casimir-Polder相互作用
        3.1.1 二阶微扰近似下的情形
        3.1.2 四阶微扰近似下的情形
        3.1.3 二阶和四阶微扰近似下结果的比较
    3.2 二阶和四阶微扰近似下的两个举例
        3.2.1 加速的两原子系统处于纠缠态
        3.2.2 加速的两原子系统处于分离态
    3.3 小结
第四章 与时空自身涨落相互作用的两子系统间的纠缠产生
    4.1 两原子系统的二阶主方程
    4.2 两原子的纠缠判据一部分转置判据
    4.3 自由空间中两原子纠缠产生的条件
    4.4 一块无穷大全反射边界附近两子系统间纠缠产生的条件
        4.4.1 系统平行边界放置的情形
        4.4.2 系统垂直边界放置的情形
    4.5 小结
第五章 一块无穷大全反射边界附近两原子的纠缠动力学
    5.1 与真空电磁场相互作用的两原子系统的二阶主方程
    5.2 两原子的纠缠度量— Concurrence
    5.3 讨论
        5.3.1 Concurrence随时间的演化
        5.3.2 演化过程中Concurrence的最大值
    5.4 小结
第六章 总结与展望
附录A 条件不等式(4.16)中耦合系数A_i和B_i的计算
附录B 方程组(5.15)中耦合系数A_i和B_i的计算
参考文献
攻读博士学位学位期间完成的论文
致谢



本文编号：3675489