混合量子-经典非绝热动力学理论与应用（英文）

电子非绝热过程是光化学反应、激发态物质碰撞、电子转移、以及量子信息处理的重要组成部分.近几十年来,非绝热动力学方法和数值实现都取得了很大进展,本文综述了混合量子-经典方法及其应用的重要进展,主要包括Liouville方程、Ehrenfest平均场、轨道表面跳跃和多重卵方法,并详细讨论了最近发展起来的量子轨道平均场方法,该方法以无参数的方式考虑了退相干校正.     

原子质心运动与暗态原子

本文利用高阶量子绝热近似方法讨论了量子微腔驻波场中三能级暗态原子与光场相互作用中原子质心运动对电子,光场系统动力学的影响。文章分析了绝热近似成立的条件以及非绝热因子对动力学演化的影响。文中还计算了原子在腔中的非绝热跃迁几率及各部分能量分布的平均值。     

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.     

利用绝热过程实现远距离量子纠缠

提出利用绝热过程实现远距离量子纠缠的方案.Λ型原子和经典场、单模腔场发生相互作用,系统的绝热演化在暗态中进行.利用这种绝热演化进行远距离原子、腔场纠缠,可有效地抑制原子的自发辐射噪声.     

非绝热分子动力学的量子路径模拟

基于近期发展的经典-量子混合模拟非绝热分子动力学的量子路径方案,本文对5个典型势能面模型进行了模拟,包括单交叉模型、双交叉模型、拓展耦合模型、哑铃模型以及双弓模型.由于难以在严格意义上得到退相干速率,数值模拟中,我们比较了三个不同的退相干速率公式,包括冻结高斯波包近似退相干速率、能量分辨速率以及力分辨速率.在模拟过程中,我们恰当地处理了势能面跳跃时的能量守恒和力的反向问题.通过与全量子动力学模拟的精确结果进行对比发现,对于结构较简单的势能面模型,三种退相干速率都能得到较好的结果;然而对于较复杂的势能面模型,由于复杂量子干涉的原因,与其他混合经典-量子动力学方案类似,量子路径方案仍然难以得到较准确的结果.如何发展更加有效的混合经典-量子模拟方案,是未来研究的重要课题.     

超导量子比特中的量子跳跃方法

量子力学自建立以来很长一段时间被当作是描述系综运动的理论。但是上世纪80年代对囚禁离子和原子的研究观测到了量子跳跃现象,迫使人们发展了一些能够用于单量子系统的方法,其中之一就是量子跳跃方法。本文总结了我们近来把量子跳跃方法应用到以约瑟夫森隧道结为基础的超导量子比特的工作。我们不但实验观测到宏观量子系统中的量子跳跃,还可以利用量子跳跃现象来研究固体中普遍存在的两能级系统及其引起的超导量子比特中的退相干。     

简并量子力学体系演化的高级绝热近似与非阿贝尔诱导规范结构

在对称性变化的简并情况下,本文建议了一种逐级求解具有缓变参数的量子力学体系演化的解析方法——简并情况下的高级绝热近似方法.本文不仅利用其零级近似证明了简并情况的量子绝热定理,并讨论了非阿贝尔诱导规范结构,而且指出了高级近似导致的非绝热效应.采用本文的方法,以核四极共振问题为例,详细地分析了非阿贝尔诱导规范结构在绝热和非绝热实验过程中的可观察效应.     

超导量子比特中的量子跳跃方法

量子力学自建立以来很长一段时间被当作是描述系综运动的理论.但是上世纪80年代对冈禁离子和原子的研究观测到了量子跳跃现象,迫使人们发展了一些能够用于单量子系统的方法,其中之一就是量子跳跃方法.本文总结了我们近来把量子跳跃方法应用到以约瑟夫森隧道结为基础的超导量子比特的工作.我们不但实验观测到宏观量子系统中的量子跳跃,还可以利用量子跳跃现象来研究固体中普遍存在的两能级系统及其引起的超导量子比特中的退相干.     

简并量子力学体系演化的高级绝热近似与非阿贝尔诱导规范结构

在对称性变化的简并情况下,本文建议了一种逐级求解具有缓变参数的量子力学体系演化的解析方法——简并情况下的高级绝热近似方法.本文不仅利用其零级近似证明了简并情况的量子绝热定理,并讨论了非阿贝尔诱导规范结构,而且指出了高级近似导致的非绝热效应.采用本文的方法,以核四极共振问题为例,详细地分析了非阿贝尔诱导规范结构在绝热和非绝热实验过程中的可观察效应.     

Born-Oppenheimer近似下谐振子场驱动电磁模系统的Berry相和Hannay角

研究了Born-Oppenheimer近似下谐振子场驱动电磁模系统的Berry相和Hannay角, 通过理论计算得到了其表达式, 并讨论了这二者之间的半经典关系.结果表明, 这一量子Born-Oppenheimer复合系统的Berry相包含两部分: 第一部分与通常几何相的定义相同, 另一项则是由耦合造成的有效规范式引入的.这一量子修正可以被看作一个等效的Aharonov-Bohm效应.不仅如此, 其对应经典系统的Hannay角的定义中也存在类似的现象. 由此可见, 这一复合系统的Berry相与Hannay角之间也存在半经典关系, 并与文献[16] 中通常情况下的半经典关系相同.此外, 上述理论也可以运用于解决产生中性原子的人造规范势等物理问题. 关键词： Berry相 Hannay角 量子经典对应 Born-Oppenheimer近似     

类原子晶体缺陷:从量子计算到生物学探针

<正>基于量子力学原理的装置可以快速解决某些经典计算模式难以解决的问题,正是量子装置的这个优越性催生了多个相关领域的快速发展,如量子计算、量子通信、精密测量和成像等。量子相干性是量子优于经典的本质原因,而孤立原子和固态体系是两种具有良好相干性的理想体系。离子阱及冷原子等孤立体系可以有效地隔绝外界噪声且     

高能物理学de发展及其展望

 高能物理学、亦称粒子物理学,是在原子、原子核和宇宙线的研究中诞生的.在原子的研究中发现了电子和光子,建立了量子力学和量子电动力学.量子电动力学是一种最简单的量子规范场论.以后提出的量子非阿贝耳规范场论是当前粒子物理基本理论的基础.在原子核的研究中发现了质子和中子,并且发现:除了二十世纪以前发现的万有引力相互作用和电磁相互作用以外,自然界还存在着另外两种基本相互作用:强相互作用和弱相互作用.     

量子点-Su-Schrieffer-Heeger原子链系统的电子输运特性

Su-Schrieffer-Heeger(SSH)原子链是典型的具有拓扑边缘态的一维系统,并且已在光子和冷原子系统中实验实现.本文在紧束缚近似下,利用传输矩阵方法研究了量子点-SSH原子链系统的电子输运特性,这里,量子点的作用是调节SSH原子链与电极的隧穿耦合强度.当量子点与SSH原子链弱耦合时,量子点-SSH原子链系统的四重简并边缘态对应SSH原子链存在边缘态的情形,而其二重简并边缘态对应SSH原子链不存在边缘态的情形;当量子点与SSH原子链强耦合时,其边缘态仅在胞内跳跃振幅大于胞间跳跃振幅情形下存在,此时,SSH原子链不存在边缘态.尤其是,当量子点-SSH原子链系统与外加电极之间为强隧穿耦合时,其边缘态的电子共振透射峰的个数将减少2,例如:对于四重简并的边缘态,即SSH原子链存在边缘态的情形,其电子共振透射峰的个数将变为2;而对于二重简并的边缘态,即SSH原子链不存在边缘态的情形,其电子的共振透射峰将消失.因而,可以通过调节量子点与SSH原子链、外加电极之间的隧穿耦合强度,观察边缘态电子共振透射峰的个数变化情况来判断SSH原子链是否处于非平庸拓扑态.     

H+MgH+→Mg++H2反应中由非绝热耦合引起的复合物形成反应机理

一个化学反应的过程可能涉及多个绝热电子态,其中的非绝热耦合对反应机理起着重要的作用. 本文采用含时量子波包方法和轨线面跳跃方法研究了非绝热耦合对H+MgH⁺→Mg⁺+H₂反应的影响. 通过理论计算得到了绝热和非绝热近似下的反应态-态分辨的积分截面. 计算结果表明,当计算中忽略非绝热耦合时,反应遵循直接剥离的反应机理. 然而,当计算中包含非绝热耦合时,在反应过程中可以形成一个长寿命的激发态复合物(MgH₂⁺)^*,进而使反应遵循复合物形成反应机理. 通过轨线面跳跃计算,进一步揭示了直接剥离和复合物形成反应机理. 由非绝热耦合引起的复合物形成反应机理不仅提高了反应的活性,并且对产物的振动态分布具有显著影响.     

非Born-Oppenheimer近似一对双原子分子振动光谱的修正

为提高Born-Oppenheimer(BO)近似的精确度,修正BO近似所得到的令人不太满意的结果,此文在电子与原子核之间引入一个位相差,并利用小参数微扰法推导出了双原子分子核振动的波函数及红外能谱的计算公式,由修正后的结果得到的双原子分子红外振动光谱线的位置应更接近于实验观测值.     

高能物理学de发展及其展望

高能物理学、亦称粒子物理学,是在原子、原子核和宇宙线的研究中诞生的.在原子的研究中发现了电子和光子,建立了量子力学和量子电动力学.量子电动力学是一种最简单的量子规范场论.以后提出的量子非阿贝耳规范场论是当前粒子物理基本理论的基础.在原子核的研究中发现了质子和中子,并且发现:除了二十世纪以前发现的万有引力相互作用和电磁相互作用以外,自然界还存在着另外两种基本相互作用:强相互作用和弱相互作用.这四种基本相互作用的强度可以用下列四个无量纲常数表达:     

SU(3)线性非自治量子系统的代数动力学求解

利用代数动力学方法，得到了量子物理中十分重要的SU（3）线性非自治量子系统的严格解及其不变Cartan算子，并建立起量子解与经典解之间的对应关系．同时计算了周期系统的非绝热Berry相因子 关键词：     

原子-二聚物分子转化系统在受激拉曼绝热过程中的绝热保真度

从原子-二聚物分子转化系统的非U（1）对称性出发,将保真度的定义推广到了非线性系统.并利用绝热保真度定量地研究了原子-二聚物分子转化系统在受激拉曼绝热过程中的动力学和绝热性.研究发现,这个系统的相干布居俘获态——暗态的绝热保真度作为绝热参量的函数以幂律关系趋于1.这个函数关系与线性系统的绝热参量和绝热保真度的幂律关系非常相似,但该系统的幂指数要远小于线性系统的幂指数.此外,还进一步讨论了如何通过优化受激拉曼绝热过程的外部参量得到更高的绝热保真度,从而优化系统的绝热性,提高原子-分子转化效率. 关键词： 原子-二聚物分子转化系统 暗态 受激拉曼绝热过程 绝热保真度     

微波调制的里德堡原子集体量子跳跃

对于一个三能级原子体系,原子的两个基态能级通过微波耦合起来,其中一个基态能级可被激发到里德堡态,从而可观察量子跳跃现象.本文采用量子轨线方法研究了微波调制的里德堡原子集体量子跳跃.研究结果表明,微波耦合基态能级可以提高光子关联,增强光子聚束效应,即使较少的原子中也可以观察到系统在高里德堡占据数态和低里德堡占据数态之间的切换.这一结果为将来进一步研究里德堡自旋晶格中的多体动力学提供了新思路.     

微波调制的里德堡原子集体量子跳跃

对于一个三能级原子体系,原子的两个基态能级通过微波耦合起来,其中一个基态能级可被激发到里德堡态,从而可观察量子跳跃现象.本文采用量子轨线方法研究了微波调制的里德堡原子集体量子跳跃.研究结果表明,微波耦合基态能级可以提高光子关联,增强光子聚束效应,即使较少的原子中也可以观察到系统在高里德堡占据数态和低里德堡占据数态之间的切换.这一结果为将来进一步研究里德堡自旋晶格中的多体动力学提供了新思路.