Dicke模型的量子混沌和单粒子相干动力学特性

量子化的Dicke模型在非旋波近似条件下表现为量子混沌动力学特征.利用单粒子一阶时间关联函数,通过数值计算详细考察了Dicke模型中单粒子相干动力学特性.结果表明:当初始相干态处在混沌区域时,一阶时间关联函数曲线衰减较快,而当初始相干态处在规则区域时,一阶时间关联函数曲线衰减较慢,单粒子相干动力学对初态具有较强的敏感性,经典混沌抑制量子相干.考察单粒子相干动力学在相空间的平均演化性质,得到一种较好的量子经典对应关系.最后研究了相空间单粒子相干的整体动力学性质,更好地揭示了相空间的混沌和规则结构.     

光与物质相互作用系统中的量子Fisher信息和自旋压缩

Fisher信息是估计理论中的重要概念,最近发现与量子信息中的纠缠判据具有密切联系.非旋波近似条件下,Dicke模型经典相空间表现为混沌动力学特征.本文详细考察了Dicke模型描述的光与物质相互作用系统中量子Fisher信息和自旋压缩动力学特性.结果表明:在短时瞬态情况下,无论初态处于规则区域还是混沌区域系统均表现为纠缠性质;但在长时稳态情况下,初态处于规则区域时系统纠缠消失,而初态处于混沌区域时系统则一直存在纠缠.通过与系统自旋压缩动力学性质相比较,发现量子Fisher信息可以更有效地刻画量子混沌.进一步考察初态处于规则和混沌区域时系统密度矩阵和纯度的动力学演化特性,发现混沌导致系统退相干现象发生,说明量子Fisher信息对混沌更敏感.     

玻色-爱因斯坦凝聚系统的量子Fisher信息与混沌

量子Fisher信息作为经典Fisher信息的自然推广,与量子信息中的纠缠判断具有密切联系.在表现为典型量子混沌特征的受击两分量玻色-爱因斯坦凝聚系统中,研究了与经典相空间对应的纠缠和量子Fisher信息动力学性质. 结果表明,初次撞击后的系统量子态是纠缠的,与初态所处相空间中的混乱程度无关.而量子Fisher信息的动力学演化对系统初态非常敏感,当初态处于混沌区域时,量子Fisher信息值比初态处于规则区域时大.利用这种较好的量子-经典对应关系,得到量子Fisher信息可以刻画量子混沌的结论. 关键词： 量子Fisher信息 玻色-爱因斯坦凝聚 量子混沌 量子-经典对应     

三量子比特Dicke模型中的两体和三体纠缠动力学

本文利用绝热近似方法和精确对角化方法研究三量子比特Dicke模型中的纠缠动力学.处于两种典型的纠缠态GHZ态和W态上的量子比特在时间演化过程中与辐射光场发生强耦合作用,在各种子系统间产生纠缠,通过分析这些纠缠的演化特性发现初始GHZ态的三体纠缠鲁棒性比W态强,这与旋波近似结论一致.与旋波近似下结果不同的是,两种态中任意一对量子比特间的纠缠都随时间演化到几乎为零,而三体纠缠随时间周期演化,且纠缠程度相对较强,说明系统中的强耦合作用通过抑制量子比特中的对纠缠来支持三体纠缠.     

量子相空间中对称受驱双势阱系统的量子隧穿动力过程

本文以纠缠轨线分子动力学方法研究对称受驱双势阱系统的量子隧穿动力学过程.驱动力的幅度和频率改变将对量子隧穿动力学过程产生巨大的影响,这为人们自主控制这一重要的过程提供理论基础.当体系的经典动力学呈现混沌状态时,它的量子动力学过程将发生显著的变化.在强驱动力作用下,双势阱系统的量子共振频率隧穿和非共振频率隧穿因为混沌行为的出现明显增强.通过对比相空间中具有相同初始态的纠缠轨线和经典轨线演化,我们给出量子隧穿过程清晰的物理图像.最后,我们讨论量子隧穿动力学过程中体系不确定度的演化和反映波包动力学过程的自关联函数演化.     

量子混沌系统中的自旋压缩性质

量子信息是21世纪的一门新兴交叉学科,现已经成为世界关注的热门研究领域.近年来,量子计算机的研究正成为大家十分感兴趣的课题.在寻找量子计算的实现方案过程中,量子混沌引起了研究人员的极大关注,因为在量子计算机执行一些量子运算法则的过程中可能产生量子混沌,并可能破坏量子计算机的运算操作条件.近期有关量子纠缠与量子混沌之间的关系已经有所报道,而自旋压缩作为另外一种典型的纯量子效应,是否也与量子混沌之间存在一定关系呢?讨论了量子混沌研究中一个非常典型的QKT模型,研究了量子混沌系统中自旋压缩的性质.通过数值模拟计算,给出了两种不同定义的自旋压缩系数与混沌系数κ之间的变化关系,结果发现在经典相空间中,如果在规则区域占优势的情况下,当初始自旋相干态波包位于椭圆形中心时,随着时间的演化,系统压缩行为表现得非常强;而对于经典相空间中混沌区域占优势的情况下,初始自旋相干态波包同样位于椭圆形中心,则系统的压缩行为表现得非常弱,说明自旋压缩对相应的经典混沌非常敏感.通过比较还发现,采用Wineland等定义的自旋压缩系数比采用Kitagawa和Ueda等定义的自旋压缩系数对经典混沌更敏感一些,从而得出用自旋压缩可以刻画量子混沌的结论.     

两量子比特与单模光场耦合系统的精确解

对非旋波近似下两量子比特与单模光场耦合系统进行了求解.在定态问题中精确计算了系统能谱与耦合强度g的关系,通过解析求解可以发现,系统能谱中总有一条能级始终为常数与耦合强度g无关.在动力学问题中,研究了初始时刻纠缠在Bell态的两个原子与单模真空态腔场耦合时量子纠缠的演化问题,讨论了纠缠的突然死亡现象.结果表明:量子纠缠的演化具有周期性,随着耦合强度g逐渐增大,纠缠周期T随之减小,第一次出现纠缠突然死亡的时间不断缩短;在耦合强度较小时,随着原子间偶极相互作用参数η的增大纠缠演化周期逐渐增加,并且不会出现纠缠突然死亡.     

非旋波近似下Λ型三能级原子与相干态光场的量子纠缠

在非旋波近似下,利用相干态正交化展开方法,对相干态光场与Λ型三能级原子相互作用的量子场熵进行了精确求解.利用量子熵理论讨论了耦合强度、平均光子数以及初始时刻原子处于不同的能级对量子纠缠的影响.数值计算的结果表明:当初始时刻原子处于激发态时,量子纠缠在较短的时间内就能演化到最大值,随着平均光子数的增大,纠缠演化的周期性逐渐明显;原子初始时刻处于三个能级的叠加态会使初始阶段量子纠缠显著降低;与旋波近似下的结果不同的是,随着耦合强度以及平均光子数的增加,非旋波项的贡献显著增强,使得量子纠缠演化曲线出现小锯齿状的振荡.     

非旋波近似下Λ型三能级原子与相干态光场的量子纠缠

在非旋波近似下,利用相干态正交化展开方法,对相干态光场与Λ型三能级原子相互作用的量子场熵进行了精确求解.利用量子熵理论讨论了耦合强度、平均光子数以及初始时刻原子处于不同的能级对量子纠缠的影响.数值计算的结果表明：当初始时刻原子处于激发态时,量子纠缠在较短的时间内就能演化到最大值,随着平均光子数的增大,纠缠演化的周期性逐渐明显|原子初始时刻处于三个能级的叠加态会使初始阶段量子纠缠显著降低|与旋波近似下的结果不同的是,随着耦合强度以及平均光子数的增加,非旋波项的贡献显著增强,使得量子纠缠演化曲线出现小锯齿状的振荡.     

两分量玻色-爱因斯坦凝聚系统的自旋压缩

在周期性脉冲撞击的两分量玻色－爱因斯坦凝聚系统中研究了自旋压缩动力学性质,结果表明：原子自旋压缩动力学能够揭示相空间的混沌和规则结构,即当初始相干态处在混沌区域时,自旋压缩在很短时间后消失,而当初始相干态处在规则区域时,自旋压缩则存在很长时间.特别是随着时间的演化,系统的平均自旋方向的分布和摆动也与初态所处的空间结构有着密切的联系.最后,研究了相空间的整体自旋压缩动力学,得到了一种较好的量子-经典对应. 关键词： 玻色-爱因斯坦凝聚 混沌 自旋压缩 平均自旋方向     

Entanglement Dynamics and Chaos in the Dicke Model

We study dynamical properties of quantum entanglement in the Dicke model with and without the rotating-wave approximation. Specifically, we investigate the maximal entanglement and mean entanglement which reflect the underlying chaos in the system, and a good classical-quantum correspondence is found. We also show that the maximal linear entropy can be more sensitive to chaos than the mean linear entropy.     

光腔中两组分玻色-爱因斯坦凝聚体的受激辐射特性和量子相变

研究了单模光腔中两组分玻色-爱因斯坦凝聚的基态性质和相关的量子相变.通过利用自旋相干态变换将等效赝自旋哈密顿算符对角化并求得基态能量泛函.基态能量泛函对其经典场变量进行变分并取极小值,得到光子数解和相边界曲线.通过稳定性讨论发现系统除了出现正常相和超辐射相之外,还得到了多稳的宏观量子态;受激辐射来自于原子数反转的集体态,单组分的Dicke系统中并没有此现象;受激辐射只能从一组分的原子中产生,而另外的仍保持在普通超辐射状态.通过调整相关的原子-场耦合强度和频率失谐,超辐射和受激辐射态的顺序可以在原子的两个组分之间互换.     

Dynamics of vibrational chaos and entanglement in triatomic molecules： Lie algebraic model

In this paper, the dynamics of chaos and the entanglement in triatomic molecular vibrations are investigated. On the classical aspect, we study the chaotic trajectories in the phase space. We employ the linear entropy to examine the dynamical entanglement of the two bonds on the quantum aspect. The correspondence between the classical chaos and the quantum dynamical entanglement is also investigated. As an example, we apply our algebraic model to molecule H2O.     

Entanglement production in quantized chaotic systems

Quantum chaos is a subject whose major goal is to identify and to investigate different quantum signatures of classical chaos. Here we study entanglement production in coupled chaotic systems as a possible quantum indicator of classical chaos. We use coupled kicked tops as a model for our extensive numerical studies. We find that, in general, chaos in the system produces more entanglement. However, coupling strength between two subsystems is also a very important parameter for entanglement production. Here we show how chaos can lead to large entanglement which is universal and describable by random matrix theory (RMT). We also explain entanglement production in coupled strongly chaotic systems by deriving a formula based on RMT. This formula is valid for arbitrary coupling strengths, as well as for sufficiently long time. Here we investigate also the effect of chaos on the entanglement production for the mixed initial state. We find that many properties of the mixed-state entanglement production are qualitatively similar to the pure state entanglement production. We however still lack an analytical understanding of the mixed-state entanglement production in chaotic systems.     

Entanglement versus correlations in spin systems

We consider pure quantum states of N>1 spins or qubits and study the average entanglement that can be localized between two separated spins by performing local measurements on the other individual spins. We show that all classical correlation functions provide lower bounds to this localizable entanglement, which follows from the observation that classical correlations can always be increased by doing appropriate local measurements on the other qubits. We analyze the localizable entanglement in familiar spin systems and illustrate the results on the hand of the Ising spin model, in which we observe characteristic features for a quantum phase transition such as a diverging entanglement length.