旋量凝聚体中的自旋交换与自旋动力学调控

发布时间：2021-11-10 02:38

　　本论文研究了在旋量凝聚体中调控自旋交换相互作用和利用自旋交换实现自旋量子态动力学制备的相关问题。首先,针对旋量凝聚体中自旋交换相互作用较弱,且容易被磁场抑制等问题,我们提出了通过周期驱动实现共振自旋交换的方案,即通过驱动场直接补偿单粒子间自旋交换存在的能量失谐。该方案在⁸⁷Rb-²³Na旋量混合物中进行了数值验证。我们还提出了利用腔光场与原子的耦合来诱导等效自旋交换相互作用的方案。通过设定腔光场初始为真空态和选择合适的激光频率与耦合强度,我们可以在自旋-1原子中实现相干的强度可调的自旋混和并进一步观察系统的自旋动力学过程和腔耗散对系统的影响。最后,针对利用自旋交换实现自旋量子态动力学制备的问题,我们分别以双数态和自旋-1/2压缩态为研究对象,通过强化学习方法得到更好的制备方案。我们首先在双数态制备问题中,初步探索了强化学习方法的使用方式,包括对状态空间、动作空间和奖励函数的定义。强化学习可以在小系统中学习到效果优于贪心策略和绝热扫描方法的磁场控制策略,且该策略具有良好的粒子数泛化性能和噪声鲁棒性。在自旋压缩态制备问题中,强化学习得到了一种新的... 

【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：112 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 概述
    1.2 研究背景与问题
        1.2.1 自旋交换相互作用调控
        1.2.2 自旋量子态的动力学制备
        1.2.3 动力学调控的新范式:强化学习
    1.3 论文研究内容
第2章 基础知识
    2.1 旋量凝聚体基础知识
        2.1.1 旋量冷原子系统哈密顿量
        2.1.2 旋量凝聚体的平均场理论与单模近似
        2.1.3 两分量玻色系统中的自旋压缩
    2.2 强化学习原理简介
        2.2.1 马尔可夫决策过程
        2.2.2 Bellman方程与值函数
        2.2.3 强化学习算法简介
        2.2.4 近端优化算法PPO简介
第3章 旋量混合物间的共振自旋交换
    3.1 周期调控方案
        3.1.1 两粒子模型
        3.1.2 ~(23)Na-~(87)Rb旋量混合物
    3.2 其它调控方案介绍与对比
        3.2.1 Hartmann-Hahn双共振
        3.2.2 矢量光场诱导等效磁场
        3.2.3 方案对比
    3.3 本章总结
第4章 腔光场诱导自旋交换相互作用
    4.1 自旋-1/2模型
    4.2 腔光场中的自旋-1BEC
        4.2.1 原子与光相互作用
        4.2.2 数值模拟和实验参数讨论
        4.2.3 动力学制备与腔的耗散
    4.3 本章总结
第5章 自旋-1双数态的动力学制备
    5.1 量子最优控制
    5.2 强化学习任务构造
    5.3 动力学制备
        5.3.1 平均场动力学
        5.3.2 量子动力学
    5.4 本章总结
第6章 基于单轴扭曲的优化脉冲方案
    6.1 周期脉冲与双脉冲方案
    6.2 强化学习任务构造
    6.3 基于强化学习的优化脉冲方案
        6.3.1 强化学习策略
        6.3.2 归纳型策略
    6.4 本章总结
第7章 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
参考文献
致谢
附录 A 旋量混合物部分结论证明
    A.1 两粒子有效哈密顿量推导
    A.2 控制场的二阶Zeeman效应影响
    A.3 ~(23)Na-~(87)Rb混合物平均场单模近似
附录 B 腔光场诱导自旋交换有效哈密顿量推导
    B.1 激发态绝热消除
    B.2 有效哈密顿量推导
    B.3 光场诱导等效二阶Zeeman能
附录 C 基于强化学习的动力学调控补充内容
    C.1 策略更新的梯度项推导
    C.2 PPO下界函数简单推导
    C.3 归纳型策略的网格搜索优化
    C.4 反铁磁系统自旋单态动力学制备
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3486403