费米型级联运动方程的绝热截断方案

研究开放量子系统的量子耗散动力学对于理解许多新奇量子现象背后的机制和实现量子器件的精确量子态控制具有重要意义. 级联运动方程方法已成为研究这类量子耗散动力学最常用的数值方法之一. 然而，在处理强电子关联系统时，准确描述强关联效应需要高的级联截断层数. 这导致级联运动方程方法需要耗费大量物理内存和计算时间. 为了解决该问题，将具有最快耗散速率的耗散模式与其他较慢的耗散模式分离，提出了一种级联运动方程的绝热截断方案. 在单杂质安德森模型上进行的数值测试表明，与传统的方案相比，该截断方案显著地降低了级联运动方程收敛需要的截断层数. 此外，该截断方案缓解了长时间耗散动力学中的数值不稳定性.     

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.     

含时量子蒙特卡罗方法研究两电子原子在强激光作用下电子的动力学行为

通过改进含时量子蒙特卡罗方法研究了一维模型双电子原 子在强激光作用下的电子动力学过程. 与准确的数值积分求解含时薛定谔方程相比, 计算得到的波包对应的量子系综中粒子的动力学变化和含时波包演化结果定性一致, 且大幅度地提高了计算效率. 根据计算得到的经典粒子系综的动力学演化行为, 分析了原子在强激光作用下的激发、电离、重散射等非线性过程.     

波传播算法在量子力学中的应用及其数值模拟

波传播算法是研究电磁场传播的常用方法,量子波传播算法是在波传播算法的基础上进行改进用以计算量子力学中薛定谔方程演化的算法。文章主要介绍了量子波传播算法的大概思路,并以一维无限深势阱、一维方势垒、含时薛定谔方程为例给出了通用的分析过程,通过与薛定谔方程的严格解析解进行对比,并给出了微观粒子的概率波函数随时间的演化图像,验证了该算法的正确性有效性。量子波传播算法编程方面并不复杂,具有结构简单、实用性强等特点。     

浅谈利用薛定谔方程计算量子态的时间演化

量子力学教学中,薛定谔方程是描述一个量子系统变化的核心部分.学生对薛定谔方程的学习,可以理解量子物理和经典物理的不同之处,在量子物理教学中,薛定谔方程的讲解是一个非常重要的内容.然而在教学中学生对于薛定谔方程的理解,通常局限在定态薛定谔方程,而对于量子态随着时间的变化部分并不清楚,因此我们引入耦合腔模型:一个单光子在一个耦合的腔系统中,求光子在不同腔中出现概率随着时间变化关系.在教学中利用最简单的哈密顿量描述光子在耦合腔中的跳跃过程,给出几率随着时间变化的解析表达式,从而更加直观的理解微观粒子在一个量子系统中的规律.     

广义量子主方程:教程综述和最新进展（英文）

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.     

应用级联运动方程方法研究并联双量子点的量子纠缠（英文）

量子点体系是一类具有代表性的量子杂质体系.体系与环境之间的耗散过程和电子间的强相互作用对量子态的相干、纠缠有着极其重要的影响.多体效应和电子转移之间的竞争对局域自旋态之间的量子纠缠特性具有重要影响.本文应用级联运动方程方法对强关联双量子点系统的纠缠进行了定量研究.同时探究了总系统与子系统的信息熵之间的关系.     

玻色子多体系统的平均场理论:玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)的冷却与激发

用量子主方程的平均场近似和代数动力学研究玻色-爱因斯坦凝聚体的sympathetic cooling; 用玻色-爱因斯坦凝聚体波函数的运动方程的平均场近似 非线性薛定谔方程研究玻色 爱因斯坦凝聚体的暗孤子和明孤子激发.     

基于级联方程的量子耗散半经典方法（英文）

提出基于级联方程的半经典方法,通过把时间演化的变量由密度矩阵变为相空间矩,极大提高计算效率,同时仍保持着对体系环境相互作用的非微扰处理.以级联量子主方程[J. Chem. Phys. 131,214111 (2009)]为例展示了半经典级联方程的导出,以非谐振子的线性光谱为例演示了数值模拟的方法和结果.     

失谐量子频率转换系统薛定谔方程的显式解析解

根据光和频产生过程的动力学演化总是保持闲置光和信号光的光子数之和守恒这一性质,构建出了光学谐振腔中频率转换系统的含时不变量.并运用此不变量及Lewis-Riesenfeld量子不变量方法,在失谐情形下,对这一双模量子化电磁场耦合系统相应的薛定谔方程进行了求解.得到了系统随时间演化的量子态和演化算符的显示解析表达式.此解对于进一步研究系统各种量子性质是有用的.     

交变电源作用下介观电感耦合电路中电荷与电流的量子涨落

利用量子厄米不变量理论,我们研究了交变电源作用下介观电感耦合电路的量子动力学,不仅得到了含时薛定谔方程的精确解,计算了电路中电荷与电流的量子涨落,同时也得到了介观电路的非绝热非循环几何相位的表达式.     

单量子阱的自旋电流

利用密度矩阵的方法,由多粒子体系的薛定谔方程得到了微观体系中电子输运的概率方程，由此推出了单量子阱的自旋电流和电荷流的表达式.研究发现，在某种条件下单量子阱中只存在自旋电流；同时还给出了左右自旋电流之间的关系.结果表明:当单量子阱中的电子发生自旋共振时,自旋电流出现极大值并且随着自旋退相干时间的减小而减小. 关键词： 自旋共振 自旋电流     

用激光-二能级原子系统实现一位通用量子逻辑门

使用代数动力学方法，对激光-二能级原子系统的含时薛定谔方程进行求解.该系统哈密顿量具有SU(2)代数结构，得到了严格解.基于严格解，适当调节单模激光场的频率和振幅以及短脉冲激光与二能级原子的二阶虚光子作用强度，可实现一位通用量子逻辑门. 关键词： 代数动力学 激光-二能级原子系统 一位量子逻辑门     

广义非线性薛定谔方程描述的波坍缩及其演变

介绍了广义非线性薛定谔方程, 并且运用分步傅里叶方法进行了数值求解. 在外部势场一定的情况下, 给定系统一个小的初始扰动, 讨论了广义非线性薛定谔方程中复系数p, q 对波场演变过程的影响. 通过数值研究发现波场会相继出现调制不稳定性、波坍缩、逆级联以及整个空间的湍流现象. 而当改变非线性频移系数的量级时, 数值研究发现在波坍缩之后出现了逆级联, 最终系统的能量主要凝聚在3个不同波矢终端的附近区域.     

转移矩阵理论及其在Ⅲ/Ⅴ族半导体量子阱体系中的应用

应用转移矩阵方法求解三种不同量子阱体系中基于单带有效质量模型和包络函数近似下的一维定态薛定谔方程.首先,通过比较Ⅰ型单量子阱GaAlAs/GaAs/GaAlAs体系的解析解和数值解,该方法的精确性得到了验证.其次,与Ⅱ型断代量子阱AlSb/InAs/GaSb/AlSb系统的光致发光谱实验结果比较证实了该方法的适用性.最后,利用该方法推广计算了基于GaAs/GaAlAs材料的Ⅰ型耦合多量子阱体系的子带能级和波函数,说明了方法的通用性和实用性. 关键词： 量子阱 转移矩阵方法 光致发光     

两量子位Grover量子算法NMR脉冲序列参量的研究

从两量子位核磁共振量子计算机物理模型出发,通过解单体含时薛定谔方程和解两体含时薛定谔方程,提出了Grover量子算法核磁共振脉冲序列参量设定的两种规则,给出了具体参量取值,并进行了数值仿真,仿真结果表明:解两体薛定谔方程给出的参量设定规则,能使两量子位量子搜索的目标态是纯基态,目标态的z分量期望值精确度达到在小数点后三位与理论值完全相同,验证了我们提出的参量设定规则的正确性.     

两量子位Grover量子算法NMR脉冲序列参量的研究

从两量子位核磁共振量子计算机物理模型出发,通过解单体含时薛定谔方程和解两体含时薛定谔方程,提出了Grover量子算法核磁共振脉冲序列参量设定的两种规则,给出了具体参量取值,并进行了数值仿真,仿真结果表明：解两体薛定谔方程给出的参量设定规则,能使两量子位量子搜索的目标态是纯基态,目标态的z分量期望值精确度达到在小数点后三位与理论值完全相同,验证了我们提出的参量设定规则的正确性.     

通过计算氢原子的玻尔半径,加深对量子力学的理解

通过玻尔理论基本假设、不确定关系、薛定谔方程以及波函数性质4种方法求氢原子的玻尔半径,理解了玻尔理论基本假设的半经典、半量子;不确定关系正是微观粒子波动性的必然结果;氢原子中电子遵从薛定谔方程,方程的解析即为波函数,是概率波.     

非线性薛定谔方程的高阶分裂改进光滑粒子动力学算法

为提高传统光滑粒子动力学(SPH)方法求解高维非线性薛定谔(nonlinear Schr?dinger/Gross-Pitaevskii equation, NLS/GP)方程的数值精度和计算效率,本文首先基于高阶时间分裂思想将非线性薛定谔方程分解成线性导数项和非线性项,其次拓展一阶对称SPH方法对复数域上线性导数部分进行显式求解,最后引入MPI并行技术,结合边界施加虚粒子方法给出一种能够准确、高效地求解高维NLS/GP方程的高阶分裂修正并行SPH方法.数值模拟中,首先对带有周期性和Dirichlet边界条件的NLS方程进行求解,并与解析解做对比,准确地得到了周期边界下孤立波的奇异性,且对提出方法的数值精度、收敛速度和计算效率进行了分析;随后,运用给出的高阶分裂粒子方法对复杂二维和三维NLS/GP问题进行了数值预测,并与其他数值结果进行比较,准确地展现了非线性孤立波传播中的奇异现象和玻色-爱因斯坦凝聚态中带外旋转项的量子涡旋变化过程.     

基于面跳跃方法的半导体纳米材料从头算非绝热分子动力学研究

在光电子学应用中,器件性能主要取决于半导体纳米材料中的光生载流子动力学过程. 但是,受反应速率、材料表面积、材料组成等多种因素影响,描述其中的动力学过程非常具有挑战性. 模拟光生载流子动力学过程可以通过绝热分子动力学方法实现,即求解包含非绝热耦合项的含时薛定谔方程. 在众多绝热分子动力学方法中,面跳跃方法出色地平衡了计算精度和计算成本,因而成为描述半导体纳米材料中不同非绝热过程间竞争的有力工具,已被用来模拟材料中的超快动力学过程和其他复杂效应,如Janus过渡金属二硫族化合物范德华异质结中的电荷分离. 本综述通过介绍该领域代表性的理论及实验工作,阐述了光生载流子对半导体纳米材料性能的重要影响,以及面跳跃方法在描述其动力学行为中的重要作用. 由于日趋复杂的材料体系对理论工作提出了巨大的挑战,本综述重点介绍了最近用于模拟这些复杂材料的一些开创性的新方法,包括高精度的电子结构方法和与之相结合的绝热分子动力学方法.