原子自发发射的非马尔可夫理论

原子自发发射的非马尔可夫理论

一、原子自发辐射的非马尔科夫理论(论文文献综述)

林佩英[1](2021)在《非马尔科夫环境下二能级原子与耦合腔之间的纠缠转移》文中指出量子纠缠现象是量子力学最明显的特征之一,是量子物理与经典物理之间差异的重要体现。量子纠缠的重要性在理论研究及实践应用上都有明显体现:首先,对于量子纠缠的研究可以深化人们对量子力学基本理论的认知;其次,量子信息理论在实际中的应用都离不开量子纠缠的作用。众所周知,在实际操作中我们不可能找到一个完全封闭的系统,外界环境总会对系统产生一定的干扰,从而导致系统发生消相干现象,致使系统的纠缠性遭到破坏,所以环境对系统的作用是实现量子信息应用的主要障碍。在此情况下,研究量子开放系统的纠缠演化具有现实意义。不同的外部环境对开放系统产生的影响不同,可将环境分为马尔科夫和非马尔科夫环境。在非马尔科夫环境下系统的演化过程具有记忆效应,流向环境的信息与能量会反作用于系统,正是由于这种反馈作用,可以延缓消相干现象。基于此,本文主要研究了耦合腔与两个非相互作用的二能级原子的纠缠演化特性,并探究了非马尔科夫环境对纠缠转移的影响。本文研究的理论模型是由超导量子干涉仪(SQUID)连接的两个腔及分别置于腔中的两个二能级原子构成,可以使用电路量子电动力学(Circuit QED)来模拟。利用“非马尔科夫量子态耗散方法(NMQSD)”我们推导出该系统的主方程,并且从以下几个方面详细分析了非马尔科夫环境对系统纠缠转移的影响。首先我们探讨了旋波近似下原子及腔间的纠缠转移。结果表明,尽管由于系统与环境的相互作用使得纠缠度在逐渐减小,但腔间纠缠仍周期性地转移到原子上。其次,我们通过改变记忆时间的长短来控制外界环境由马尔科夫过渡为非马尔科夫。并且发现当记忆时间越长,越趋近于非马尔科夫环境时,转移到原子上的纠缠值越大,且会出现多次纠缠死亡—复活现象;相反当记忆时间越短,环境越显现出马尔科夫效应,此时纠缠最大值明显小于前者,且纠缠在死亡之后也不再出现纠缠复活现象。所以非马尔科夫环境可以增强纠缠转移,起到保护纠缠的作用,同时记忆效应对纠缠的产生也有明显增强作用。最后,我们还研究了腔间耦合系数对系统纠缠动力学的影响,发现腔间耦合系数可以改变纠缠转移的大小及速率,因此可以通过选取最优的耦合系数维持系统间的纠缠转移。

文莎莎[2](2020)在《表面等离激元纳米结构中原子的自发辐射动力学》文中提出激发态原子的自发辐射动力学是量子光学最核心的研究内容,在量子计算和量子态操控领域具有广泛的应用。表面等离激元具有极强的局域场增强效应,能极大的增强光与物质的相互作用。本文研究表面等离激元对自发辐射动力学的影响,重点阐述系统存在表面等离激元-量子点束缚态的情况。具体内容如下:第一章,主要介绍表面等离激元纳米结构中原子自发辐射动力学的求解方法。包括表面等离激元简介以及描述金属对电磁场响应的局域Drude模型,非局域流体动力学模型(Hydrodynamic Model)以及广义非局域(Non-local Optical Response)响应模型,重点介绍耗散微纳结构中自发辐射动力学的格林函数预解算子方法和解时域薛定谔方程方法,为应用以上两种动力学求解方法,我们介绍了一些相关物理量的计算方法,包含球形纳米结构中光子格林函数的解析计算方法以及任意形状纳米结构中光子格林函数的数值计算方法,还介绍了能级移动的计算方法。第二章,局域响应下,金属对电磁场的响应可用一个复介电函数描述,通常采用基于经典电子论的Drude-Lorentz模型描述,然而,以上模型所得的介电函数只在一段较窄的频率范围内能与实验数据吻合。本章研究当金属介电函数采用Drude模型和实验测量值时,金属纳米球附近的二能级原子的基态能级移动的差异。结果表明,当物理量与较宽频率范围内的电磁场响应有关时,原则上介电函数应当采用实验测量值而不能采用模型化的结果。第三章,量子点和表面等离激元之间可以形成束缚态,处于激发态的量子点不会完全衰减到基态,而是在很长时间后仍然有一定的几率处于激发态。本章发展了一些方法来研究这个问题,并展示束缚态是如何形成及其对非马尔科夫自发辐射动力学的影响。我们发展了一种高效计算负频时的能级移动的数值方法。还发展了一种获得长时间极限下激发态的生存几率的高效方法,该方法无需计算束缚态的本征频率,也无需计算系统的长时间动力学演化,其概率幅等于一减去正频范围内演化谱的积分。利用计算所得的上述两个量,本文证明了当有束缚态存在时,基于格林函数预解算子方法可以有效地获得初始处于激发态量子点的非马尔科夫自发辐射动力学。本章还给出一种确定系统是否存在束缚态的一般准则。采用数值模拟,展示了以上方法在量子点处于金属纳米球附近和表面等离激元纳米腔中的应用性能。数值结果表明,以上方法行之有效,且当跃迁偶极矩大于临界值时,激发态的生存几率能长时间的部分保持。此外,还发现临界偶极矩强烈的依赖于量子点到金属表面的距离,而不太依赖于纳米球或者纳米柱的尺寸。我们的方法可用于理解开放量子系统中自发辐射动力学的压制原理以及提供一种形成束缚态的一般物理图像。第四章,采用COMSOL Multiphysics,求解非局域HDM和GNOR以及局域Drude色散模型下,纳米球、椭球以及金属球壳外的光子散射格林函数。利用第三章的求解方法,研究非局域的HDM和GNOR以及局域Drude模型下,纳米球、椭球以及金属球壳附近量子点的非马尔科夫自发辐射动力学特性以及束缚态的存在条件。结果表明,相比于Drude模型,HDM模型下,自发辐射率的峰值降低且蓝移,GNOR模型会进一步的降低HDM给出的峰值高度而几乎不改变峰位。另外,相比于HDM和Drude模型,GNOR模型下,初始处于激发态的原子能更快的到达稳定的状态。第五章,对本论文作简要总结及展望。

程石婧[3](2020)在《真空涨落与量子系统的纠缠动力学和辐射性质》文中进行了进一步梳理从量子意义上说,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,即真空涨落诱导的两原子间的相互作用,即Casimir-Polder相互作用,我们旨在运用一种较简单的计算方法,在开放量子系统的框架下计算了两个二能级原子之间的Casimir-Polder相互作用。我们得到了以下主要结论:1.我们研究了真空中与涨落量子引力场耦合的可引力极化的匀加速原子的自发激发,并将结果与充满引力子且处于Unruh温度的热库中静止原子的结果进行了比较。我们发现,与物质场的情形类似,在时空自身涨落的影响下,真空中匀加速的原子和处在热库中的静止原子都可能从基态跃迁到较高能级的激发态,且原子跃迁率中加速度幂次项的出现说明原子的加速运动和热辐射场之间的等效关系不再成立。2.基于开放量子系统理论,我们在四阶微扰近似下计算了两任意态原子之间Casimir-Polder相互作用,并发现当两原子系统的态满足某种条件时,二阶微扰是领头阶,否则Casimir-Polder相互作用展现的将至少是四阶微扰效应。3.我们发现真空中涨落的量子引力场也能够为两个可引力极化的子系统提供间接的相互作用,促使子系统之间产生纠缠,这一点与考虑标量场涨落的情形相同。然而与标量场情形不同的是,时空自身涨落导致的纠缠产生还关键性地依赖于原子的极化方式。我们还发现,在一块无穷大引力全反射边界附近平行放置的子系统,它们之间更容易产生纠缠。4.我们在开放量子系统的框架下,研究了一块无穷大全反射边界附近两个与真空电磁涨落耦合的匀加速二能级原子间的纠缠动力学。我们发现对于原子平行放置的情形,当两个横向极化的原子非常靠近边界时,它们之间的初始纠缠可以一直保留下来,似乎它们是一个封闭系统,而对于两个垂直极化的原子而言,描述纠缠的物理量―并发度(concurrence)的演化速度是自由空间时的2倍。对于平行放置在边界附近的两原子系统,它们之间纠缠的产生时间显着地提前或推迟,而当原子垂直边界摆放时,并发度(concurrence)在演化过程中的最大值明显增加。

王畅[4](2020)在《量子跃迁反馈控制下开放三能级系统的费舍信息与量子失协》文中研究指明量子费舍信息与量子失协是目前量子光学和量子信息学研究领域的热点问题。量子费舍信息作为量子度量学的一个非常重要的概念,被用来量化系统在进行参数估计时理论上所能够达到的精度极限;而量子失协量度了比量子纠缠更普遍的量子系统的量子关联。研究初期,一方面人们只注重封闭量子系统中量子费舍信息与量子失协的研究。但是,每个现实的量子系统都不可避免地与其环境发生相互作用,进而导致系统的退相干并大大降低参数估计精度;另一方面,这种研究大多只涉及二能级系统,三能级系统则少见涉及。近来,三能级以上的高维系统的量子费舍信息与量子失协研究引起了人们的广泛关注。本文运用量子跃迁反馈控制来研究三能级量子系统的量子费舍信息与量子失协,得到了一些有创新意义的结果。主要的研究内容和研究结果如下所示:第一章简要介绍了开放量子系统的基本理论,量子反馈控制理论和基于量子跃迁的反馈控制(quantum-jump-based feedback control,之后可以将其简称为QJB反馈控制)的主方程推导。然后阐述了费舍信息及量子失协的概念。第二章研究了QJB反馈控制下耗散qutrit的量子费舍信息动力学。具体研究了在QJB反馈控制单独作用或QJB反馈控制和经典驱动联合作用两种情况下耗散qutrit的量子费舍信息动力学,提出了提高参数估计精度的理论方案。结果表明:QJB反馈控制可以有效地提高参量估计精度。特别是当同时存在反馈控制和经典驱动时,可以更好地提高参数估计的精度。第三章研究了QJB反馈控制下与各自环境耦合的两原子系统的量子失协动力学。研究结果表明:量子失协的保护强烈依赖于量子反馈参数、初始原子态、探测效率和经典驱动的选择。通过设计合适的QJB反馈控制参数,量子失协能得到保护。对于不同的初始状态,发现在适当的参数控制下量子失协的演化是相似的。同时还发现经典驱动,自发辐射和低探测效率不利于量子失协的保护。第四章研究了局域的QJB反馈控制下同时与同一环境耦合的两原子系统的量子失协。研究结果表明,量子失协的产生依赖于量子反馈参数、探测效率和经典驱动的选择。经典驱动在量子失协的产生中起积极作用,但是自发辐射和低检测效率不利于量子失协的产生。值得指出,稳定的量子失协取决于反馈参数,经典驱动和探测效率,而不取决于初始状态。第五章对全文进行总结和展望。

彭桢[5](2020)在《谱密度的量子计量研究》文中研究指明计量学是研究物理参量的高精度测量方法的学科,而任何基于经典物理的计量精度都受限于散粒噪声极限,如何突破该极限是现代精密科学技术发展的迫切需求。量子计量学是研究如何利用量子资源、量子编码和量子测量来提高计量精度的学科,研究发现通过利用量子探针的量子纠缠作为资源和幺正演化作为参数编码,可以获得远超越散粒噪声极限的海森堡极限计量精度,经过近年的快速发展,量子计量学已经展示出它在下一代颠覆性技术革新中的巨大潜力。另一方面,退相干是微观系统与无穷多自由度的量子库耦合导致的量子相干性的衰减的过程,它是一切以量子相干性为资源的量子工程任务实现的主要障碍,如何认识退相干并如何控制退相干是实现量子工程任务的首要问题。由于退相干敏感地依赖于量子库的谱密度,所以对谱密度的精密测量是研究退相干的主要核心。在本文中,我们提出了一种利用二能级系统作为量子探针、与量子库耦合的二能级系统的非幺正演化作为参量编码来对量子库的谱密度进行高精度量子计量的方案。在我们的方案中,量子库既是我们要利用量子资源计量的物理对象,又会造成量子资源发生退相干,如何有效地规避退相干对量子资源的消耗并获得量子库物理参量的高精度计量是我们的主要着眼点。通过对量子探针与量子库耦合的严格的非马尔科夫动力学研究,我们发现,伴随着它们组成的复合系统能谱中出现束缚态,谱密度参数的计量误差将随编码时间的延长而递减,该结果与传统玻恩马尔科夫近似下计量误差随编码时间增大而发散的结果显着不同,说明非幺正编码时间仍然可以成为提高量子计量精度的一个控制自由度。进一步研究表明,通过利用量子探针的多体纠缠,计量精度随着探针数目的标度关系会不仅会超越经典散粒噪声极限,而且还渐进地趋于海森堡极限,我们解析地得到了该高精度量子计量实现的具体物理条件。我们的研究结果为实验上提供了通过利用量子探针的非幺正演化进行量子库谱密度高精度量子计量的物理依据,极大地丰富了传统以量子探针的幺正演化为主要编码手段的量子计量方案;同时,我们的束缚态机制揭示了量子探针长时稳态行为对量子计量的建设性作用,是传统以玻恩-马尔科夫近似为主的退相干动力学描述所无法得到的,其有利价值在于将时间作为一种计量资源引入了方案中,对提高量子计量精度提供了一个新的维度。我们得到的谱密度的高精度计量对量子工程中退相干控制具有积极的现实意义。

张大伟[6](2019)在《利用李雅普诺夫控制制备量子态》文中研究表明量子力学与信息科学的有效结合使得量子信息学得以诞生。由于量子系统的敏感性,如何能够在具有噪声的环境中完成量子态制备是量子信息处理的主要难题。近年来,随着量子信息技术突飞猛进的发展,量子信息学的各种应用要求人们必须具备操控和调节量子系统的能力,人们对于量子信息的研究也越来越多地集中于量子态的操控上。在经典控制中,人们通常根据系统的状态来决定控制场,进而达到控制整个演化过程的目的。这种方法在经典领域简单有效,但在量子系统中却很难完成,原因就是在测量的过程中系统的量子态必然会遭到破坏。幸运的是,人们经过不断地研究,找了一种利用模拟闭环控制动力学方程的形式来得到开环控制规律的有效方法,即李雅普诺夫(Lyapunov)控制。李雅普诺夫控制的优点就在于它能够提供一种合理的控制函数来保证量子系统快速地演化到稳定的目标态上。这种有效的控制方法近年来在量子态的操控和制备方面已被人们所采纳,从纯态到纠缠态的制备、量子门的实现以及冷却光机械振子方面都有所涉及。同时,对于其它控制方法的研究也如雨后春笋般出现。现如今控制理论的发展已经深入到人类生活的各个领域,其促进了量子信息学与生物学和化学等自然学科的交融。而量子控制的快速发展也对人们理解基本物理问题、操作微小纳米尺度器件和解决算法问题等提供了有力的帮助,推动人类在自然科学研究方面的不断进步。众所周知,纠缠一直都是描述系统关联性的一个重要指标,其在整个量子力学范畴中也处于核心地位。有效地实现纠缠制备和融合一直都是人们所研究的重点内容,学者们在这类问题上的实验研究技术也已日趋成熟,目前以图态和Dicke态这两类问题最具有代表性。量子Zeno效应的出现为我们研究这类问题开辟了新的道路,因其可以利用相互作用系统和观测仪器之间的连续性耦合,来得到一种与非幺正动力学方式效果相同的有效哈密顿量。受该种思想的启发,我们在第三部分中提出了一个结合Zeno动力学过程的4原子W态李雅普诺夫控制方案。根据Zeno动力学的有效变换法则,利用其不变子空间的本征态来构造有效哈密顿。通过近似选择系统参数,以较高的保真度来得到近乎完美的4原子W态。考虑到原子和系统的相互作用,在演化过程中原子的自发辐射和腔衰减是不可避免的,我们也计算了这些耗散作用对系统的影响并进行了数值模拟,模拟结果显示我们的方案对于这些影响是不敏感的,具有一定的鲁棒性。我们在本节内容的最后将方案进行了推广,将其应用在制备1→M经济型相位协变克隆的实现上,成功地完成了目标态的制备。量子霍尔效应通常被认为是二维电子气的一种奇特现象,Laughlin运用变分法实现了对霍尔效应的物理解释,其提出的近似波函数和实验结果符合得很好,得到了诸如不可压缩性以及带有分数统计意义的任意子激发等特征。在第四部分内容中我们主要论述了利用李雅普诺夫控制实现分数量子态的制备方案。在方案中我们采用一般控制的方法,不仅对分数量子霍尔态中参数的选定以及李雅普诺夫控制函数的形式和控制过程进行了描述,还将其应用在具体的光晶格系统中。依据输入态的不同而选择对应控制场来得到有效控制,之后又利用脉冲控制以及优化控制场数量的方式,完成了方案的优化;最后对该方法的鲁棒性也进行了数值模拟,得出符合预期结果的结论。最后一部分是对于全文工作的总结,指出了我们方案的优势和不足,并对以后的工作重点做了进一步的展望。

田锰[7](2019)在《表面等离激元纳米结构中自发辐射及能级移动的研究》文中进行了进一步梳理表面等离激元是金属中自由电子和电磁场共谐震荡量子化后的准粒子,能将电磁场约束在金属表面附近,可突破传统衍射极限,具有极大的局域场增强效应,能有效的增强光与物质的相互作用。自发辐射和能级移动不仅是量子电动力学最基本的内容,也是许多应用研究的基础。理论上,自发辐射率和能级移动可用格林函数表达,本文提出了一种基于有限元法的耗散结构中重整化格林函数和散射格林函数的准确计算方法;利用相减的Kramers-Kronig(K-K)关系,获得了一种表面等离激元纳米结构中原子能级移动的快速准确计算方法;系统研究了表面等离激元纳米结构中二能级系统自发辐射动力学的薛定谔方程方法和格林函数预解算子方法,结果表明,利用提出的能级移动计算方法,格林函数预解算法方法能快速准确获得系统的动力学;系统研究了不同尺寸的金属纳米柱中非局域表面等离激元对自发辐射的调控特性。本文主要研究内容如下:(1)第一章简要介绍了局域和非局域表面等离激元、光子并矢格林函数、自发辐射率、能级移动和自发辐射动力学等基本概念和基本方法。(2)在第二章中,提出了一种基于有限元法的耗散结构中重整化格林函数和散射格林函数的准确计算方法。根据量子电动力学,原子的自发辐射率和能级移动可用源点和场点在同一位置时的光子并矢格林函数来表达,然而,耗散介质中,格林函数的实部和虚部均是发散的,导致了不符合物理的自发辐射率和能级移动。一种处理方法是考虑原子(量子点、分子)的实际大小和实际介电函数,用原子实际感受到的场代替宏观场。采用虚腔或实腔模型,此时,可用腔中的重整化格林函数,即取腔中的格林函数的平均值表示。本文提出一种利用有限元法计算耗散介质中实腔模型和虚腔模型的重整化格林函数的方法。该方法首先计算点电偶极子的辐射场,将其在小腔内取平均得到重整化的场,进而得到重整化的格林函数。应用该方法到均匀空间中,数值解与解析解一致,证实了该方法的可应用性及准确性。任意微纳结构中,将重整化的格林函数减去均匀空间中解析的重整化格林函数可得重整化的散射格林函数,应用该方法到金属纳米球系统,数值解与解析解符合很好。(3)第三章中,提出了一种表面等离激元纳米结构中原子能级移动的快速准确计算方法,系统研究了表面等离激元纳米结构中二能级系统非马尔科夫自发辐射动力学的薛定谔方程方法和格林函数预解算子方法。利用K-K关系,首先将能级移动的主值积分表达式转换成普通积分的形式,然后将任意跃迁频率的能及移动与零频时的能级移动相减,得到了一种快速计算能级移动的方法,该方法不需计算虚频格林函数和主值积分。应用该方法到金属纳米球-原子系统中,采用Drude自由电子气模型,以虚频格林函数方法的结果作为参照,发现相减的K-K方法比直接的希尔伯特变换方法更快的收敛。应用该方法到金属空隙型纳米腔中的原子,采用实验测量的金属介电常数,能快速准确的获得能级移动。采用相同的系统,发现时域的薛定谔方程方法需要极宽的频率范围内的光子并矢格林函数信息才能准确获得系统的动力学特性,若利用提出的基于相减的K-K关系所得的能级移动,格林函数预解算法方法能快速准确获得系统的动力学特性。(4)第四章中,系统研究了不同尺寸的金属纳米柱中非局域表面等离激元对自发辐射的调控特性。将只考虑电子简并压的HDM非局域模型以及进一步考虑量子扩散效应的GNOR非局域模型与基于Drude自由电子气的局域响应模型进行对比,研究不同尺寸的金属纳米柱中原子自发辐射增强的特性。发现纳米柱的高度H越小,扩散作用使峰高降低得越厉害,峰值频率急剧蓝移,自发辐射增强效应急剧减弱,而当半径R减小时,扩散作用只是稍稍降低峰高,峰值频率急剧红移。固定纵横比的情况下,随着尺寸的减小,自发辐射增强效应越来越弱,扩散作用导致的峰高降低越来越明显,局域和非局域峰的位置均稍稍蓝移,峰位所对应的频率的差别越来越大。减小原子到金属表面的距离,研究高阶非局域表面等离激元对自发辐射的调控特性,发现越高阶的非局域表面等离激元,非局域导致的蓝移越厉害,扩散作用导致的峰展宽越明显。(5)第五章对全文做了简要的总结和展望。

阿依尼沙·牙生[8](2019)在《量子稠密编码在记忆性耗散环境下的自旋链中的理论实现》文中进行了进一步梳理无论是哪个量子系统都不能跟外界隔离开来独立存在的,真正的量子系统都会与外部环境产生相互作用。从而其中出来量子系统退相干的概念。探究开放量子体系的退相干特性和动力学行为,我们必定要慎重思考其所处库的特点,库的种类不一样会出现彻底相似的的动力学研究成果。解决开放量子系统的传统方法通常只考虑系统和环境之间的弱耦合,并将该库视为没有记忆效应的马尔可夫过程。所以对探究量子开放系统的非马尔科夫动力学及其相关的反馈抑制具有重要的理论和实际意义。尽人皆知,量子纠缠是量子力学中重要的特性。量子纠缠近年来得到了深入的研究,由于它在诸如量子密集编码,量子隐形传态和量子密钥分配等量子信息处理过程当中起着紧要作用。量子纠缠是通过量子纠缠态的帮助下实现的,量子纠缠态是量子信息中最受欢迎的主题之一。本文所分析的系统是一个开放的量子系统。根据环境的特点,开放量子系统的演化划为两个根本过程,即马尔科夫和非马尔科夫。本文主要是研究了非马尔科夫环境下海森堡XXZ模型和海森堡XX模型中的量子稠密编码的理论实现。本论文主要利用非马尔科夫量子态扩散(Quantum State Diffusion)方法,处理开放量子体系的精确动力学演化不受耦合强度,关联时间及库的谱密度的影响。其在数值上处理一个随机的纯态,能够极大的提高计算效率,适合处理较复杂的模型。论文一共分为四章内容。第一章,简单解释了最近几年里量子信息论的发展情况和量子信息的一些基本知识。第二章除了解释量子开放系统的基础知识,马尔科夫环境和非马尔科夫环境的概念及两者区别以为,还介绍了本文采用的主要方法-非马尔科夫量子态扩散(QSD)方法、理论推导和它的一些优点。第三章解释了量子密集编码的概念、成长历史和量子密集编码的基础原理。第四章研究了利用海森堡XX模型和XXZ模型进行量子密集编码时非马尔科夫效应对编码过程的影响。进一步研究了有磁场和DM相互作用时非马尔科夫效应对进行量子密集编码的两比特海森堡XXZ自旋链的影响。利用量子密集编码信道容量的定义式来计算了量子密集编码的信道容量与别的系数之间的关系。通过不同初态,环境噪音关联系数g,XY平面的耦合常数Jxy,z方向的耦合常数Jz对最佳密集编码信道容量的作用进行了比较,发现了在不同初始态下参数g的减少能够有效地增加量子密集编码信道容量,非马尔科夫记忆效应对于信道容量发挥到积极作用;初态为(?)时,增大Jxy对密集编码信道容量起消极作用,Jz对密集编码信道容量其积极作用;对于初态(?)对密集编码信道容量起到积极作用,反之Jz起到消极作用。此外,量子通道为分离态时环境噪音关联系数g影响下,系统密集编码信道容量随时间逐渐提高,长时间极限下将趋于大于1的稳定值,仍优于经典通信的信道容量。后来还分析了外部磁场和DM相互作用两qubit海森堡XXZ模块中完成量子密集编码的影响。结果表明:DM相互作用对量子稠密编码信道容量起到积极作用。从研究成果得出,利用可控参数不同的组合可以达到长时间保持高的量子密集编码的信道容量,从而确定最优量子密集编码所需的可控参数。

乔玉龙[9](2020)在《混合量子系统的精确耗散动力学研究》文中认为我们对实际量子系统的描述,不可避免地涉及到系统与外界环境的耦合。而外部环境往往具有很高的自由度,因此开放量子系统的精确动力学研究始终是一个非平凡的问题。在过去的工作中研究者提出了很多的理论方法来处理开放量子系统,包括量子轨道方法、蒙特卡洛数值模拟以及Kraus分解等等。目前来看,应用最广泛的还是基于马尔科夫近似条件下的Lindblad型的主方程。但现在的研究表明,许多实际的量子系统与环境具有很高的耦合强度,从而突破了马尔科夫的近似条件,因此求解非马尔科夫的动力学具有重要的现实意义。量子态扩散方程提供一种有效精确求解非马尔科夫动力学的方法。利用该方法,可以将环境的模式转化成高斯噪声的形式,然后借助于噪声的统计性质快速提取出系统的信息,从而得到系统的精确动力学。近期的研究通过对腔模进行噪声化,将这种方法推广到了更一般的情形下。我们不仅可以处理系统与环境直接耦合的情况,而且可以方便地精确求解存在间接耦合的物理系统,例如原子系统与耗散腔模之间存在相互作用的混合量子系统。另外一方面,由于混合量子系统广泛地应用于量子计算和量子信息,因此借助于精确的动力学,可以进一步探讨延长系统相干时间的方法,从而为搭建实际的物理系统提供建议。基于这些考虑,本论文详细地研究了量子态扩散方程在混合量子系统中的应用,并且借助于精确的非马尔科夫动力学,探讨了不同耗散混合系统的动力学性质。本论文共分为四章,具体章节安排如下:第一章是绪论部分。我们给出了文章的研究背景,引入了混合量子系统的概念,并对现在主流的混合量子系统以及优缺点进行了介绍。另外对于处理耗散系统的非马尔科夫的动力学也进行了概述,并且指出了我们处理混合系统的研究方法—量子态扩散方程及其优势。随后我们基于传统的量子态扩散方程,推导出了适用于混合系统的扩散方程。第二章基于精确的主方程,求解了处于耗散腔网络中的量子比特动力学。通过将腔和库的组合定义为双重的级联环境,我们研究了级联环境的参数和结构对比特系统相干和纠缠的影响,给出了延长系统相干时间的策略。并且我们通过一套幺正变换的理论,对动力学反映的物理机制进行了解释。第三章我们研究了受驱动的三能级混合系统。首先基于三能级系统的主方程,我们研究了在连续激光和脉冲激光两种情况下的原子绝热演化过程,证明了绝热近似的合理性。另外,我们也研究了当激光和腔模构成闭合回路型的相互作用时,驱动激光的相对相位对三能级原子布居动力学的影响。第四章归纳概括本论文的主要结论及创新点,提出接下来的研究计划。

董靖[10](2018)在《非马尔可夫热库中的自发辐射及慢光机制研究》文中认为原子自发辐射特性在量子信息与量子计算、光信息存储、光通讯等领域具有巨大的应用价值,因此原子自发辐射行为的研究备受瞩目。原子的自发辐射是处于高能级的原子在没有外来扰动的作用下,自发跃迁至低能级而辐射一个光子的过程。但研究发现原子的自发辐射不仅由其能级结构决定,而且还与其所处的环境密切相关。因已对置于光子晶体热库内原子的自发辐射特性做了深入研究,科研工作者可对新的物理现象作出预测性假设,本文就光子晶体这一特殊非马尔可夫热库作为背景环境对置于光子晶体热库中的三能级Λ型原子及四能级原子自发辐射行为展开研究。具体内容如下:我们首先介绍了光子晶体这一特殊的非马尔可夫热库,并阐述了光子晶体内原子自发辐射的研究现状及光子晶体对慢光行为的影响。后续介绍了研究光子晶体内原子自发辐射特性的相关基础理论,例如描绘量子系统的三种基本绘景、马尔可夫热库及非马尔可夫热库的概念、延迟格林函数与拉普拉斯变换及其逆变换。之后,基于双带边模下的特定模式密度研究了置于光子晶体内三能级Λ型原子跃迁至分立热库及同一光子带隙热库并与其耦合的自发辐射行为,并基于同等条件下探索了三能级Λ型原子的慢光机制及其规律。最后,研究了置于光子晶体内四能级原子跃迁至分立热库及同一光子带隙热库并与其耦合的原子衰减特性,与此同时,研究了基于不同模式密度下的原子自发衰减特性。经过研究普遍发现,原子与光子带隙热库的相互作用的强弱决定了上能级是否发生劈裂,自发辐射谱是否呈现为非洛伦兹线形以及自发辐射谱中是否有暗线出现。

二、原子自发辐射的非马尔科夫理论(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、原子自发辐射的非马尔科夫理论(论文提纲范文)

(1)非马尔科夫环境下二能级原子与耦合腔之间的纠缠转移(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 量子信息理论
        1.2.1 量子纠缠理论
        1.2.2 纠缠度量
        1.2.3 量子消相干
        1.2.4 量子纠缠的应用与前景
    1.3 本文主要工作
第2章 腔量子电动力学
    2.1 腔QED的基本理论
    2.2 腔QED系统的基本原理
    2.3 耦合腔
    2.4 本章小结
第3章 原子与耦合腔系统动力学及其演化
    3.1 二能级原子与耦合腔系统的纠缠动力学
        3.1.1 非马尔科夫动力学—NMQSD方法
        3.1.2 理论模型
        3.1.3 NMQSD主方程
    3.2 二能级原子与耦合腔系统的纠缠转移理论分析
        3.2.1 旋波近似下系统的纠缠转移
        3.2.2 非马尔科夫环境对系统纠缠转移的影响
        3.2.3 系统参数对系统纠缠转移的影响
        3.2.4 非马尔科夫环境对纠缠产生的影响
    3.3 本章小结
第4章 总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢

(2)表面等离激元纳米结构中原子的自发辐射动力学(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 表面等离激元简介
    1.2 金属的局域和非局域响应
    1.3 自发辐射及其动力学求解方法
        1.3.1 自发辐射简介
        1.3.2 自发辐射动力学的研究方法
    1.4 光子并矢格林函数及其计算方法简介
        1.4.1 局域和非局域光子并矢格林函数
        1.4.2 光子并矢格林函数的计算方法
    1.5 能级移动及其计算方法简介
    1.6 本文的主要研究内容简介
第2章 金属介电函数的正确运用
    2.1 引言
    2.2 理论与模型
    2.3 计算结果及讨论
    2.4 结论
第3章 表面等离激元-量子点束缚态和非马尔科夫动力学
    3.1 引言
    3.2 理论方法与模型
    3.3 束缚态和非马尔科夫动力学研究方法的特性
        3.3.1 能级移动和束缚态存在的条件
        3.3.2 激发态长时间极限下的生存几率和非马尔科夫动力学
    3.4 纳米腔-量子点束缚态的存在条件和非马尔科夫动力学
    3.5 结论
第4章 非局域表面等离激元纳米结构中量子点的非马尔科夫动力学
    4.1 计算方法和参数
    4.2 金属纳米球
    4.3 金属纳米球壳
    4.4 金属纳米椭球
    4.5 结论
第5章 总结与展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果

(3)真空涨落与量子系统的纠缠动力学和辐射性质(论文提纲范文)

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

(4)量子跃迁反馈控制下开放三能级系统的费舍信息与量子失协(论文提纲范文)

中文摘要
英文摘要
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 开放量子系统的基本理论
        1.2.1 封闭量子系统的概念
        1.2.2 开放量子系统的概念
        1.2.3 马尔科夫主方程的推导
    1.3 开放量子系统的QJB反馈控制
    1.4 量子系统的费舍信息和量子失协
        1.4.1 参数估计精度的度量——费舍信息
        1.4.2 量子关联的度量——量子失协
第二章 QJB反馈控制下开放三能级系统的费舍信息
    2.1 引言
    2.2 物理模型
    2.3 QJB反馈控制作用下的费舍信息
    2.4 QJB反馈控制和经典驱动联合作用下的费舍信息
    2.5 本章小结
第三章 QJB反馈控制下不同环境中两原子系统的量子失协保护
    3.1 引言
    3.2 物理模型
    3.3 量子失协的保护
    3.4 本章小结
第四章 QJB反馈控制下同一环境中两原子系统的量子失协产生
    4.1 引言
    4.2 物理模型
    4.3 量子失协的产生
    4.4 本章小结
第五章 总结和展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的论文

(5)谱密度的量子计量研究(论文提纲范文)

中文摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 量子计量学简介
    1.2 开放量子系统简介
    1.3 研究动机
    1.4 本文构架
第二章 费舍尔信息与Cramér-Rao不等式
    2.1 费舍尔信息
    2.2 Cramér-Rao不等式
    2.3 量子费舍尔信息
        2.3.1 量子费舍尔信息的计算
        2.3.2 量子费舍尔信息的性质
        2.3.3 量子费舍尔信息的应用
    2.4 本章小结
第三章 量子探针和量子库的耦合动力学
    3.1 模型介绍
    3.2 约化系统动力学与精确主方程
    3.3 束缚态的形成
    3.4 本章小结
第四章 量子库谱密度的量子计量
    4.1 单量子探针的情况
    4.2 多量子探针的情况
    4.3 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
在学期间的研究成果
致谢

(6)利用李雅普诺夫控制制备量子态(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 量子信息的发展
    1.2 控制理论
    1.3 论文结构安排
第二章 背景知识
    2.1 量子控制
        2.1.1 反馈控制
        2.1.2 量子李雅普诺夫控制
    2.2 量子态
    2.3 量子霍尔效应
        2.3.1 整数量子霍尔效应
        2.3.2 分数量子霍尔效应
        2.3.3 Laughlin波函数
第三章 利用量子Zeno动力学制备W态
    3.1 基本理论
        3.1.1 态距离法李雅普诺夫控制
        3.1.2 量子Zeno动力学
    3.2 有效哈密顿量和W态制备
    3.3 耗散效应
    3.4 实现1→M经济型相位协变量子克隆
    3.5 小结
第四章 基于李雅普诺夫控制实现分数量子霍尔态
    4.1 分数量子霍尔态与李雅普诺夫控制理论
        4.1.1 分数量子霍尔态
        4.1.2 平均值法李雅普诺夫控制
    4.2 物理系统模型
    4.3 制备过程的鲁棒性
    4.4 控制场优化设计
        4.4.1 强度优化设计
        4.4.2 控制场优化设计
    4.5 小结
第五章 结论与展望
    5.1 本文工作总结
    5.2 未来展望
参考文献
致谢
在学期间公开发表论文及着作情况

(7)表面等离激元纳米结构中自发辐射及能级移动的研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 表面等离激元
        1.1.1 表面等离激元概述
        1.1.2 表面等离激元局域和非局域响应模型
    1.2 自发辐射及能级移动
    1.3 格林函数的解析和有限元求解方法
    1.4 重整化格林函数和散射格林函数
    1.5 本文的主要研究内容
第2章 基于有限元法的耗散介质中重整化光子格林函数的准确计算方法研究
    2.1 引言
    2.2 理论与模型
    2.3 结果与讨论
    2.4 结论
第3章 表面等离激元纳米结构中原子的能级移动和自发辐射动力学的计算方法研究
    3.1 引言
    3.2 模型和计算方法
    3.3 三种计算能级移动的方法及其特性
    3.4 两种动力学计算方法及其特性
    3.5 表面等离激元纳米腔中原子的能级移动和自发辐射动力学
    3.6 结论
第4章 非局域表面等离激元纳米结构中自发辐射率的研究
    4.1 引言
    4.2 模型与理论方法
        4.2.1 模型
        4.2.2 理论方法
    4.3 结果与讨论
    4.4 结论
第5章 总结与展望
致谢
作者在学期间取得的学术成果
参考文献

(8)量子稠密编码在记忆性耗散环境下的自旋链中的理论实现(论文提纲范文)

中文摘要
abstract
1 绪论
    1.1 量子信息简介
    1.2 量子信息理论基础
    1.3 研究目的及意义
2 量子开放系统
    2.1 量子开放系统的基础知识
    2.2 非记忆性的Markovian过程和记忆性的Non-Markovian过程
    2.3 Non-Markovian量子态扩散方法
3 量子密集编码
    3.1 量子密集编码发展历史及概念
    3.2 量子密集编码的基本原理
    3.3 量子密集编码信道容量定义及相关研究现状
4 记忆性耗散环境下海森堡自旋链模型中量子密集编码的理论实现
    4.1 海森堡XX模型的哈密顿量
    4.2 信道容量的演化
    4.3 两比特海森堡 XXZ 模型的哈密顿量
    4.4 模型中实现量子密集编码
总结与展望
参考文献
在读期间发表的论文
致谢

(9)混合量子系统的精确耗散动力学研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景和现状
        1.1.1 混合量子系统
        1.1.2 非马尔可夫动力学
    1.2 理论基础和研究方法
        1.2.1 传统量子态扩散方程
        1.2.2 混合系统下的量子态扩散方程
    参考文献
2 级联环境下开放系统的量子性保护
    2.1 引言
    2.2 物理模型及其通解
    2.3 量子比特系统的相干和纠缠
        2.3.1 单量子比特系统的相干
        2.3.2 两比特系统的纠缠
    2.4 等效模型
    2.5 本章小结
    参考文献
3 三能级混合系统的动力学
    3.1 引言
    3.2 受驱动的三能级混合系统的绝热动力学
    3.3 相位控制的三能级布居动力学
    3.4 本章小结
    参考文献
4 总结
    4.1 主要结论及创新点
    4.2 未来工作展望
硕士期间主要研究成果
致谢

(10)非马尔可夫热库中的自发辐射及慢光机制研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 光子晶体简介
    1.2 光子晶体中原子的自发辐射
    1.3 光子晶体慢光的研究现状
    1.4 本文研究的主要内容
第2章 原子自发辐射的相关理论基础
    2.1 描述量子系统的三种基本绘景
        2.1.1 薛定谔绘景
        2.1.2 海森堡绘景
        2.1.3 相互作用绘景
    2.2 马尔可夫热库和非马尔可夫热库
    2.3 描述光子晶体热库性质的延迟格林函数
        2.3.1 光子晶体中的延迟格林函数
        2.3.2 光子晶体中的模式密度
    2.4 拉普拉斯变换及其逆变换
        2.4.1 拉普拉斯变换的基本性质
        2.4.2 利用留数定理计算拉普拉斯逆变换
    2.5 本章小结
第3章 三能级原子的自发辐射及慢光机制
    3.1 引言
    3.2 耦合到分立热库中的三能级原子的衰减特性
    3.3 耦合到分立热库中的三能级原子的慢光机制
    3.4 耦合到同一热库中的三能级原子的衰减特性
    3.5 本章小结
第4章 四能级原子模型的自发辐射特性
    4.1 引言
    4.2 耦合到分立热库中的四能级原子的衰减特性
    4.3 不同模式密度下的原子的自发辐射特性
    4.4 耦合到同一热库中的四能级原子的衰减特性
    4.5 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢

四、原子自发辐射的非马尔科夫理论(论文参考文献)

  • [1]非马尔科夫环境下二能级原子与耦合腔之间的纠缠转移[D]. 林佩英. 华北电力大学(北京), 2021(01)
  • [2]表面等离激元纳米结构中原子的自发辐射动力学[D]. 文莎莎. 吉首大学, 2020(12)
  • [3]真空涨落与量子系统的纠缠动力学和辐射性质[D]. 程石婧. 湖南师范大学, 2020(01)
  • [4]量子跃迁反馈控制下开放三能级系统的费舍信息与量子失协[D]. 王畅. 湖南师范大学, 2020(01)
  • [5]谱密度的量子计量研究[D]. 彭桢. 兰州大学, 2020(01)
  • [6]利用李雅普诺夫控制制备量子态[D]. 张大伟. 东北师范大学, 2019(04)
  • [7]表面等离激元纳米结构中自发辐射及能级移动的研究[D]. 田锰. 吉首大学, 2019(02)
  • [8]量子稠密编码在记忆性耗散环境下的自旋链中的理论实现[D]. 阿依尼沙·牙生. 新疆师范大学, 2019(05)
  • [9]混合量子系统的精确耗散动力学研究[D]. 乔玉龙. 浙江大学, 2020(02)
  • [10]非马尔可夫热库中的自发辐射及慢光机制研究[D]. 董靖. 哈尔滨工业大学, 2018(02)

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原子自发发射的非马尔可夫理论
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