自旋-1/2量子罗盘链的量子相与相变

基于矩阵乘积态表述的无限时间演化块算法,研究了具有x,y,z三个自旋方向的轨道自由度和轨道序竞争的量子罗盘自旋链模型.为了刻画该模型的量子相和相变,计算了基态能量、局域序参量、弦关联序参量、临界指数、冯诺依曼熵、有限纠缠标度和中心荷.结果表明:该量子基态相图由条纹反铁磁相、反铁磁相、单调奇数Haldane相和振荡奇数Haldane相构成.从条纹反铁磁相到反铁磁相,以及从单调奇数Haldane相到振荡奇数Haldane相发生了非连续相变;从振荡奇数Haldane相到条纹反铁磁相,以及从反铁磁相到单调奇数Haldane相发生了连续相变;连续相变线和非连续相变线的交点是多临界点.此外,连续相变点处的临界指数β=1/8和中心荷c=1/2表明连续相变的普适类属于Ising类.由此揭示了该模型量子基态相图的本性,对今后研究更高自旋以及更为复杂轨道序竞争的量子罗盘链模型的量子相与相变具有一定借鉴与参考意义.     

二维模糊球上的量子霍尔流体

在回顾了Haldane对量子Hall效应在二维球面S2上的描述后,本文构造了二维模糊球S2上的非对易代数及其Hilbert空间的Moyal结构.通过构造模糊球上不可压缩量子霍尔流体的非对易Chern-Simons理论,求解具有准粒子源的Gaussian约束,找出模糊球上的Calogero矩阵及最低Landau能级Laughlin波函数的完全集,此Laughlin波函数由旋量坐标推广的Jack多项式表示.     

带有三体相互作用的S=1自旋链中的保真率和纠缠熵

研究了带有次近邻和三体相互作用的S=1自旋链的保真率和纠缠熵.通过密度矩阵重整化群数值方法计算了三体相互作用对保真率的影响,并分析了其与量子相变的关系.研究表明保真率可以探测Haldane相与二聚物相之间的相变.此外还研究了该相变与量子纠缠熵的关系.通过保真率和量子纠缠熵这两个信息观测量得到的结果和弦序参量得到的结果一致.在此基础之上给出了相图.     

应用保真度研究两腿XXZ梯子系统的量子相变

本文基于投影纠缠对态的自旋梯子系统的张量网络算法提供了一个有效的方法,来研究两腿自旋1/2的XXZ梯子量子系统的量子临界性,通过与单位格点基态保真度相结合,得到清晰的基态保真度三维图,来探测量子多体系统的量子相变,从而可以绘制出两腿自旋1/2XXZ梯子量子模型的基态相图,在相图中出现铁磁(FM)相、条纹铁磁(SF)相、Néel(N)相、条纹Néel(SN)相、Rung singlet(RS)相、Haldane(H)相、Rung triplet(RT)相、临界XY相(XY1相和XY2相)。在不知道系统是否存在局域序参量或非局域序参量的情况下,可以通过系统的基态波函数,在对称性破缺相中由约化密度矩阵得到局域序参量;或者在对称性相中,找出系统存在的非局域序参量,来完整地描述系统的量子相变和量子临界现象。     

含有Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的自旋1键交替海森伯模型的量子相变和拓扑序标度

利用张量网络表示的无限矩阵乘积态算法研究了含有Dzyaloshinskii-Moriya (DM)相互作用的键交替海森伯模型的量子相变和临界标度行为.基于矩阵乘积态的基态波函数计算了系统的量子纠缠熵及非局域拓扑序.数据表明,随着键交替强度变化,系统从拓扑有序的Haldane相转变为局域有序的二聚化相.同时DM相互作用抑制了系统的二聚化,并最终打破系统的完全二聚化.另外,通过对相变点附近二聚化序的一阶导数和长程弦序的数值拟合,分别得到了此模型相变的特征临界指数a和b的值.结果表明,随着DM相互作用强度的增强, a逐渐减小,同时b逐渐增大. DM相互作用强度影响着此模型的临界行为.针对此模型的临界性质的研究,揭示了量子自旋相互作用的彼此竞争机制,对今后研究含有DM相互作用的自旋多体系统中拓扑量子相变临界行为提供一定的借鉴与参考.     

一维量子子自自旋链中拓扑有序态的物理描述

一维量子多体系统是凝聚态物理学中的重要研究方向之一,其中的新奇量子物态则是重要的研究课题。本文我们首先简要回顾一维量子整数自旋链体系的相关研究背景,然后提出一类SO(n)对称的严格可解量子自旋链模型及其矩阵乘积基态。当奇数n≥3时,体系的基态为Haldane相。利用这类态中隐藏的稀薄反铁磁序,我们找到了刻画这类态的非局域弦序参量,并在隐藏拓扑对称性的统一框架下解释了稀薄反铁磁序以及边缘态等奇特现象的起源。当偶数n≥4时,体系的基态为二聚化态。这些态属于破缺平移对称性的非Haldane相,但同样具有隐藏的反铁磁序。通过这些严格解的研究,我们还得到了一维SO(n)对称的双线性–双二次模型的基态相图,并发现在n≥5时,一维SO(n)对称的反铁磁海森堡模型的基态处于二聚化相中。基于以上这些结果,我们推广构造了一维平移不变且包含李群G对称性的Valence BondState(VBS)态,并利用其矩阵乘积表示讨论了对应哈密顿量的构造方法。对于自旋为S的量子整数自旋链,我们研究了两类具有不同拓扑属性的VBS类,前一类VBS态的边缘态处于SU(2)自旋J的不可约表示,后一类VBS态的边缘态为SO(2S+1)旋量。在前一类态中,我们以自旋为1的费米型VBS态为例构造了对应的哈密顿量。对后一类态,我们证明了它们等价于SO(2S+1)矩阵乘积态,从而揭示了呈展对称性的起源和边缘态的性质。我们还推广了SO(5)对称的玻色型和费米型VBS态,并探讨了它们的拓扑刻画方式。     

划时代的量子通信——写给世界第一颗量子科学实验卫星“墨子号”

量子通信领域的主要两个研究方向,一个是为经典信息传输做量子加密的"量子密钥分发",另一个是利用量子纠缠传输量子比特的"量子远程(隐形)传态"。文章以"墨子号"量子科学实验卫星的实验任务为线索,首先讲述量子密钥分发中的BB84协议的原理和应用,并系统性介绍量子比特、量子不可克隆定理、量子纠缠、贝尔不等式等概念,以及量子远程(隐形)传态的原理。文末简要介绍"墨子号"量子科学实验卫星和配套地面站的系统构成,以及空间量子通信的发展趋势。     

量子保密通讯及经典密码

密码技术的发展经历了古典密码、现代密码和量子密钥分发三个阶段。首颗量子卫星"墨子号"的成功发射,使量子密钥分发技术迈向新里程。文章介绍了密码发展的各个进程,并详细介绍了目前广泛应用的RSA公钥密码系统,以及量子密钥分发使用的BB84协议,E91协议等。文末简要介绍了量子保密通信进展,并对"墨子号"量子科学实验卫星实验任务及重要意义做出解读。     

百年光量子

1905年爱因斯坦首次提出"光量子"概念,标志着"量子光学"诞生,并有力推动其后"量子力学"的创建。本文将简述"光量子"如何诞生,"光子"有何奇异特性,着重介绍"光子"在量子信息领域的应用,包括量子密码、量子纠缠网络、量子模拟、量子计量和量子计算等。最后研讨"光子究竟是什么"。     

两比特“X”态的量子非局域关联检验

基于Hardy定理,本文针对两比特"X"态这种混合态,进行了量子非局域关联检验研究。首先,简要阐述了针对任意量子态的Hardy定理检验逻辑,并给出了进行量子非局域关联的检验方法。进一步,本文以一种特定的"X"态为例(r=0.47),分析了保真度对"X"态量子非局域关联检验的影响,结果表明,只要该"X"态和量子纯态的保真度F≥0.885时,便能成功地检验量子非局域关联,且随着F的增加,成功检验的程度也将增加。最后,本文还给出了针对任意"X"态(即0相似文献   

二粒子纠缠态受控传递的最佳量子通道

本文研究了如何在二粒子纠缠态的量子受控传递中选择最佳量子通道的问题。分别利用四粒子GHZ态和四粒子特殊"反关联GHZ态"作为量子通道,本文提出了二粒子反关联纠缠态的量子受控传递的两个方案。通过对比两个方案下接受者最后采取的幺正操作的具体矩阵形式,分析了待传量子纠缠态与量子通道的关系,指出了四粒子GHZ态和四粒子特殊"反关联GHZ态"分别是二粒子正关联和反关联纠缠态各自隐形传递应该选择的最佳的量子通道。     

宝石量子革命

正金刚石广泛用于婚姻纪念,在工业上的影响也无处不在。如今它迎来了有深远意义的新应用:金刚石量子技术。量子力学的诞生,导致影响我们生活的激光器和晶体管等技术的出现,这些依赖于量子力学效应的技术为"量子1.0"。现在世界各国都在努力开发"量子2.0"技术,它依靠操纵和读出量子态工作,利用量子叠加和纠缠。     

小世界网络中的量子纠缠渗流

本文研究了小世界复杂网络中的长程量子纠缠态的制备。提出了量子纠缠渗流优化网络量子通信的方案。通过在经典纠缠渗流协议(CEP)中引入局域化的"target-swap"量子操作,形成量子纠缠渗流协议(QEP)。研究表明QEP在长程纠缠制备的效能方面明显优于CEP,通过度分布变化的分析解释了QEP具有优势的原因。     

绝热量子计算理论引介

本文引介绝热量子计算理论评述量子绝热定理最新的应用。基于量子绝热方法在最新的前沿领域量子计算中建立量子绝热算法。我们引介"局域量子绝热",并考虑了这一局域绝热概念对量子算法的可能应用。     

漫谈量子:量子物理的诞生与发展

<正>当今世界,科技发展日新月异,人工智能、大数据、云计算、5G移动通信、虚拟现实和增强现实等新名词已经融入了大众茶余饭后的闲谈之中。尤其是"量子"这个最熟悉的陌生词,凭借着这两年我国"墨子号"量子卫星和地面量子通信网络的成功,已经通过电视、网络、报纸等各式各样的宣传报道深入到大家的心中。"量子"是怎么来的?究竟该怎     

量子十问之一 量子究竟是什么?

正序言我在20世纪80年代初期开始致力于量子光学研究,90年代初又扩展到刚刚萌芽的量子信息领域。当时国内学术界对量子信息领域的研究呈现出相当冰冷的状态,民众更是将量子力学视为高悬在学术殿堂之上的圣物,敬而远之。近几年来,随着量子信息的飞速发展,加上媒体的大力渲染,"量子"已成为人们津津乐道的话题,有的甚至将"量子现象"描绘得神秘无比,仿佛世界上所有难以解决的事情都可归结到"量子纠缠"上。个别学者不实的     

有机多铁,量子好逑——全裸窥视MOF多铁性

正在二十年前,如果有人宣称铁电性是一种量子特性,一定会受到"鄙视"或者"嘲笑"。铁电体"物理"于固体物理(现在叫凝聚态物理)中的地位犹如兄弟众多之农家小媳妇,自知"身份"卑微,一向低调和谦和、不敢造次。只有那些大部头的固体物理教科书中才会有一章节顾及铁电体物理。追踪"史记",究其渊源,可能是因为铁电体物理很不量子。量子凝聚态(或者量子材料),总需要有半阕波尔、一首薛定谔、两曲波恩之类,更不要说今天的量子材料中"一曲唱尽薛定谔,拓扑高粉狄拉克"了,如图1所示。闭目而听,     

耦合原子与腔场多光子相互作用过程中的量子信息传递

建立了"多耦合原子--腔"系统的多光子相互作用模型. 利用腔量子电动力学理论, 研究了原子与腔场相互作用过程中量子信息传递的特性, 分析了原子间耦合作用对量子信息传递的影响. 结果表明: 在一定的相互作用时间内, 量子信息可以在腔场与原子间可逆传递或保持, 原子间的偶极作用导致量子纠缠信息非完全传递和非完全保持.     

绝热量子计算理论引介

本文引介绝热量子计算理论评述量子绝热定理最新的应用.基于量子绝热方法在最新的前沿领域量子计算中建立量子绝热算法.我们引介"局域量子绝热",并考虑了这一局域绝热概念对量子算法的可能应用.     

层层递进,妙趣横生——谈物理大师费恩曼的教学风格

以《费曼物理学讲义》中"量子行为"一章为例,研究费恩曼的物理教学风格;指出费恩曼"量子行为"的教学体现了层层递进,渐入佳境的教学特点.