固态格点自旋体系中的量子关联*

量子态的关联特性是量子通信和量子计算的重要资源。文章首先回顾了经典关联、量子关联的概念以及常用的度量方法,随后简要介绍了作者最近对固态格点自旋体系中量子关联的研究成果。最后对未来量子关联的研究指出了几个方向。     

两个耦合二能级原子与单模热场作用系统中的量子和经典关联

运用量子纠缠、量子关联与经典关联的概念及全量子理论方法,在一定条件下,研究了两个耦合二能级原子与热场相互作用系统中量子纠缠、量子失协、几何量子失协和经典关联的演化特性.分析和讨论了初始时刻两原子处于分离态时,原子与热辐射场耦合强度、热场平均光子数对系统中两原子间量子纠缠、量子关联和经典关联演化特性的影响.结果表明:在原...     

量子关联

量子纠缠是量子信息处理过程中的重要资源,也是量子力学与经典力学本质区别的一个重要特征.最近随着量子信息理论的不断发展,人们发现可分态中也可以存在非经典的量子关联,量子纠缠只是量子关联的一部分.而且这种非纠缠的量子关联可能在一些量子信息处理过程中起到重要的作用.文章介绍了量子关联最近所取得的一些研究进展,特别是量子关联在各种消相干环境下的演化规律等.     

量子关联简介

量子纠缠作为一种非局域的关联,是一种重要的资源而被广泛应用于量子信息处理。然而,最近的研究结果发现,可分态中也可以存在非经典的关联,量子纠缠只是量子关联的一部分;非纠缠的量子关联在一些量子通信和量子计算任务中扮演着重要的角色。文章简要综述了量子关联的基本概念,描述了几种常见的量子关联度量,并介绍了量子关联在量子信息处理中的作用以及一些最新动态。     

量子相变与量子纠缠

作为量子体系一种内在的非局域性关联,量子纠缠已经成为一个可利用的重要资源并广泛应用于许多领域.强关联体系中的量子相变,作为凝聚态理论中的一个重要现象,也一直是人们研究的热点.本文介绍了量子纠缠的定义,纠缠的判据,以及纠缠的度量.接着,通过一个具体模型对如何利用量子纠缠描述量子相变进行讨论和分析.研究发现,在强关联体系量子相变中量子纠缠扮演着非常重要的角色.     

广义量子主方程：教程综述和最新进展

广义量子主方程(GQME)为模拟嵌入在量子环境中的开放量子体系的约化动力学提供了一种通用且严格的计算方法. 开放量子体系的动力学在能量、电荷以及量子相干转移过程和光化学反应中至关重要. 量子系统通常被定义为我们感兴趣的自由度,例如捕光分子的电子态或凝聚态体系中的特定振动模式. 系统周围的环境也被称为热浴,必须考虑它对系统的影响. 例如,广义量子主方程理论中用投影算符方法对其进行描述. 本综述总结了广义量子主方程的两种标准形式,即时间卷积形式的Nakajima-Zwanzig GQME和无卷积形式的广义量子主方程. 在更流行的NZ-GQME形式中,记忆核刻画了非马尔可夫和非微扰效应,给出了约化密度矩阵的精确量子动力学. 总结了几种通过含有分子信息但无投影算符的时间关联函数作为输入信息,进而求解含投影算符的记忆核的方法. 特别值得一提的是近期提出的NZ-GQME改进版方法,该方法是基于将哈密顿量划分为更通用的对角和非对角部分. 上述系统相关的热浴时间关联函数可以通过数值精确或近似量子动力学方法计算. 本文将有助于理解广义量子主方程的理论背景,并且展望通过GQME与量子计算技术的结合解决使用当今最先进的经典超级计算机无法解决的与量子动力学和量子信息相关的复杂问题.     

二维方形量子点体系等离激元的量子化

量子点体系等离激元的研究是光电子学领域的热点.为进一步加深和完善对等离激元的量子效应的认识,本文利用紧束缚近似和线性响应理论研究了二维方形量子点体系对外场的集体响应.结果表明,当外场频率等于等离激元的频率时,量子点体系会有强烈的电荷振荡,并伴随着能量的极大吸收和近场的增强.在量子点中,等离子体存在分立的元激发.等离子体元激发的个数将随着量子点尺寸和电子个数的增加而增加.随量子点尺寸的增加,分立的等离激元将逐步呈现准连续的特性,即过渡为经典连续的等离激元,其频谱曲线演化为经典的色散曲线.结果还表明:随量子点尺寸的增加,等离激元的频率会红移,等离激元的激发强度会增大;随量子点中电子数的增加,等离激元的频率会蓝移,等离激元的激发强度会增大.     

量子相空间纠缠轨线力学

量子相空间理论已用来研究物理学、化学等有关问题, 并为人们研究经典物理和量子物理的对应关系提供了一种有力工具. 在量子相空间中, 基于Wigner表象下的量子刘维尔方程, 建立分子纠缠轨线力学. 与经典分子力学方法不同, 分子纠缠轨线力学中的轨线不再是独立的, 而是“纠缠”在一起的, 这正是体系量子效应的体现. 这种半经典 的理论方法能给出体系的量子效应及具有启示意义的物理图像. 分子纠缠轨线力学被用来研究量子隧穿效应、分子光解反应动力学、自关联函数等. 本文综述了分子纠缠轨线力学最近的发展. 关键词： 纠缠轨线 量子相空间 半经典理论     

量子纠缠与经典关联在双光子关联成像中的作用

关联成像引起了人们广泛的兴趣,特别是,二阶关联成像是一种纯粹的量子效应还是也可能是一种经典效应还存在争议.本文分析了三种关联成像方案,其中前两种方案中用经典关联和量子纠缠的双光子光源都能成像,而第三种只能用量子纠缠的双光子光源才能成像.对比发现,纠缠双光子同时存在动量和坐标两个自由度上的关联,在三种成像方案中都可用作光源.而经典关联的双光子不具有动量和坐标的双重关联,而仅仅存在其中一种关联(经典关联),关联成像的方式也因此受到限制.     

二维椭圆量子台球中的谱分析

研究了二维椭圆台球中的量子谱和经典轨道之间的对应关系.为尝试求解没有解析波函数和本征能量又不能分离变量的体系，采用了定态展开方法(expansion method for stationary states，简称EMSS)得到尽可能精确的数值解，这是闭合轨道理论被推广到计算开轨道的情况.比较了傅里叶变换谱和经典轨道，发现量子谱的峰位置与经典轨道的长度在可分辨的范围内符合得很好，这是半经典理论为经典与量子力学的联系提供桥梁作用的又一个例子. 关键词： 椭圆量子台球 定态展开方法 闭合轨道理论 量子谱     

强关联电子体系的量子蒙特卡罗计算

理解强关联电子体系是一个长期的重要目标,该体系的魅力不仅在于其背后蕴藏着深刻的物理,还在于其中涌现出的丰富物质态在量子调控、量子计算等领域具有巨大的潜在应用价值.同时,理论上非微扰地理解强关联电子体系是极其困难的,一直充满挑战.量子蒙特卡罗计算是一类非微扰计算的标准方法,有助于对强关联电子体系提供非微扰的理解,因而广泛运用于凝聚态和高能物理领域.然而,量子蒙特卡罗计算通常会受到负符号问题的困扰.本文将具体介绍一些无负符号关联电子模型的设计思路,并讨论我们近期提出的符号边界理论.通过设计无负符号或者具有代数符号行为的强关联电子模型,可以帮助人们研究很多重要的量子多体问题,包括巡游磁性量子临界行为、非常规超导和磁性序的竞争,以及莫尔(moiré)量子物质中的关联物相与相变等.     

矩形弹子球中的量子波包分析(英文)

利用波包分析量子力学体系的动力学行为在研究经典和量子的对应关系方面越来越成为一个非常重要的方法.利用高斯波包分析方法,我们计算了矩形弹子球体系的自关联函数,自关联函数的峰和经典周期轨道的周期符合的很好,这表明经典周期轨道的周期可以通过含时的量子波包方法产生.我们还讨论了矩形弹子球的波包回归和波包的部分回归,计算结果表明在每一个回归时间,波包出现精确的回归.对于动量为零的波包,初始位置在弹子球内部的特殊对称点处,出现一些时间比较短的附加的回归.     

非线性相互作用下三qubit系统中的量子关联

通过对系统施加不同的非线性作用,利用量子关联的几何度量,研究了三个qubit体系中的两体量子关联.不同的非线性相互作用模型都能使系统产生最大值为0.1752的量子关联.z方向的横场对量子关联的优化有控制作用,对于三个模型,通过调节z方向的横场,系统能产生最大值为0.09645的平均量子关联.最佳组合的三个横场,不仅能够大幅度提高量子关联的振荡周期,使得两qubit长时间处于量子关联态,而且还能够提高两qubit的平均量子关联.     

双能态自旋-晶格声子耦合量子隧道系统的非经典能态和量子相干耗散

采用关联表象变分波函数方案, 介入三个非经典关联效应, 求解有限温度双能态自旋-晶格声子耦合量子隧道系统的非经典态, 着重研究化解由于粒子自旋-单声子相互作用引起的量子涨落导致双能态系统的退相干性量子耗散. 这三个非经典关联效应是: 1) 声子位移-粒子自旋 (σ_z)间强非绝热关联; 2) 声子压缩态效应及其伴随发生的单声子相干态-声子压缩态两过程相干效应; 3) 由关联表象导致的声子位移(U_D)与声子压缩(U_S)的表象关联非绝热修正. 结果表明: 由于引入粒子自旋-双声子相互作用, 大幅度地增强了声子场压缩态, 特别是更进一步极大幅度地增强了非经典压缩-相干态效应. 因此, 由粒子自旋-单声子相互作用产生的Debye-Walle相干弹性散射效应导致量子隧道项(-Δ₀σ_x)的强烈指数衰减及其伴随严重的量子相干损失的极大幅度的抑制, 并且自旋-晶格声子耦合量子隧道系统的非经典态能量大幅度降低. 关键词： 非经典能态 量子隧穿相干损失 自旋-双声子相互作用 压缩相干态效应     

对于“包含在连续谱量子体系中的决定论性”一文的讨论

对于具有连续能谱的单粒子量子体系,“包含在连续谱量子体系中的决定论性”一文用所谓“双波函数”来描述处于能量本征态的粒子系综中各粒子的量子行为,并且在所谓的“等价定理”中称:双波函数描述在经典极限下将化为经典力学描述.然而,此描述所给出的系综力学量观测值统计分布的预言与通常量子力学不相容;并且,该文对其“等价定理”的证明是不正确的,这个“定理”实际上不成立 关键词： 连续能谱量子体系 双波函数 经典极限     

与XY双自旋链耦合的双量子比特系统的关联性与相干性

研究了双量子比特系统中在具有Dzyaloshinsky-Moriya相互作用的独立XY自旋链环境下的相干性与关联性动力学.推导出相干性与关联性的演化规律.发现在自旋链的临界点附近,当tt_0时,系统相干性的演化与经典关联完全相同;而在tt_0时,则与量子关联完全相同;在t_0时刻,量子关联突变为经典关联.     

两量子比特非线性相互作用模型中的量子关联

运用量子态变换的方法论证了两个qubit纯态中量子关联与纠缠的等价性.并利用三种带有横场的非线性相互作用模型研究了两个qubit体系中的量子关联.发现合适的横场对于最大量子关联态的获得、平均量子关联的提高都有着积极的作用.两个qubit体系获得最大量子关联时,不同模型,不同的横场,对应的量子态却各不相同.     

光折变介质中前向三波混频的量子相关特性

采用半经典和全量子理论，研究了前向三波混频中各光场之间的量子相关特性.结果表明，两束信号光之间有很强的量子正关联，而抽运光和信号光之间有很强的量子负关联.在半经典分析中，还研究了相位失配的影响.在全量子分析中，考虑了抽运光的量子起伏和损耗的影响. 关键词：     

Dicke模型的量子经典对应关系

非旋波近似条件下Dicke模型表现为量子混沌动力学特征.在详细考察Dicke模型经典相空间结构特点的基础上,采用经典-量子"一对多"的思想,即经典相空间中的一点对应于量子体系两个初始相干态的演化,利用对两个初态量子纠缠动力学演化取统计平均的方法,得到了与经典相空间对应非常好的量子相空间结构.数值计算结果表明:经典混沌有利地促进系统两体纠缠的产生,平均纠缠可以作为量子混沌的标识,利用平均纠缠可以得到一种较好的量子动力学与经典相空间的对应关系. 关键词： Dicke模型 非旋波近似 量子混沌 经典量子对应     

月亮只有在看着它的时候才真正存在?

微观粒子的波粒二象性导致了许多日常经验不能理解的一些现象,初学者会有很多困难和困惑.可是电子、原子等微观粒子无法被直接看到,对于初学者来说比较抽象,其量子效应难以理解.在教学中,为了突出量子理论与经典理论的矛盾,可将量子效应放大到宏观物体,让学生更直观、更形象地感受到奇特的量子现象对日常经验的冲击,从而加深对基本概念的理解.本文列举了几个例子,通过改变普朗克常量将宏观物体的量子效应放大,得到有趣的结论.