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.     

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。     

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.     

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.     

Ar-HF非弹性碰撞的量子动力学理论研究

本文采用非含时动力学方法计算了Ar-HF体系纯转动和振转传能的量子态分辨的积分截面和速率常数. 与以往所报道的理论值相比,本文计算的纯转动积分截面结果与实验值更吻合. 对于振动弛豫过程,近共振传能占主导地位. 进一步的计算表明,振动态分辨的v=1→v''=1的传能速率常数在100 K至1500 K温度范围内迅速升高,并且计算值与实验值相符很好.     

非绝热几何量子逻辑门的脉冲设计

量子逻辑门是实现量子计算的基本组件之一,而高保真度和高鲁棒性是量子逻辑门必不可少的关键性质。在实现量子逻辑门的各种方法中,利用几何相位的全局特性来构造量子逻辑门是一个有效的方法,它可以对一些局域扰动有比较好的容错性。本文在非绝热几何量子计算的框架下,在三能级系统中构造出了任意的单比特量子逻辑门,并创建出在实验中方便实现的脉冲形式。本文进一步研究了量子系统中存在频率失谐和脉冲振幅偏差的情况,并考虑量子系统与环境之间的退相干效应,以设计出具有更好鲁棒性能的脉冲波形。     

非绝热电子——离子耦合动力学进展

虽然Born-Oppenheimer近似的运用取得了巨大的成功,但是在非绝热跃迁过程中Born-Oppenheimer近似不再成立,所以需要重点描述电子与核之间的耦合运动。在光物理、光化学、强场物理以及离子碰撞中,非绝热过程极为常见。电子激发是非绝热过程的核心,这些过程与基态和激发态均有密切关系。原则上全量子力学方法可以准确处理非绝热电子–离子耦合,但是目前只局限于两三个原子构成的小体系。严格求解量子力学所需的计算量随着体系的增大而呈指数级增加,因此精确的量子力学处理多原子体系的非绝热过程是非常困难的。近几十年来,国内外多个小组发展了许多不同的方法来研究非绝热过程。本文重点介绍了非绝热混合量子–经典方法,即只对原子核部分的量子力学作经典极限,保留电子的量子效应。常用的混合量子–经典方法包括了Ehrenfest方法、面跳跃方法、杂化方法(即结合了Ehrenfest和面跳跃优点的方法)、基于Wigner转换的刘维尔方法。但是当原子核的量子效应显著时,非绝热动力学必须通过其它更严格的方法处理,比如从头计算多次产生方法。本文希望向刚接触非绝热动力学的同行简洁明了地阐述以上各种方法的基本思想、数值实现过程、优缺点和最新研究进展。     

与玻色-爱因斯坦凝聚体相互作用的量子光场的非经典特性

文章研究与玻色－爱因斯坦凝聚体相互作用的量子光场的非红典特性,表明当光场初始处于相干态,原子初始处于数态时,量子光场在时间演化过程中表现出松光子统计。发现对任意的初始原子数态和寝光强度,量子８光场的动力学都有不具有光场正交分量的二阶压缩,但在一定条件下,可以表现出高阶压缩,我们详细研究了量子光场的四阶压缩特性,给出了四阶压缩的条件。     

非绝热消除条件下输出边频量子关联

考虑了双模腔内含有N个三能级V型原子的系综与两个量子化场之间的相互作用。在非绝热消除原子变量的条件下,分析了两个初始为相干态的输入场从腔内输出后的量子关联性质。结果表明在恰当的条件下,在中心频率处可以获得量子纠缠,但随合作参数的增加,中心频率处的纠缠变小甚至消失。与此同时,在高频区间则产生了一对边频量子纠缠。这是由于合作参数增加引起的真空拉比分裂导致了高频处获得量子关联。此外,通过调节量子化场的强度以及原子和场的反对称失谐,还可获得两对边频量子纠缠。这对边频量子关联的研究具有十分重要的价值。     

微扰量子色动力学理论

量子色动力学(QCD)是强作用理论最好的候补者。本文从理论和唯象观点方面介绍了微扰量子色动力学理论的几个主要研究课题、基本成果和存在问题。     

Non-adiabatic gravitational collapse of charged radiating fluid spheres

Dynamical equations governing the non-adiabatic collapse of a shear-free spherical distribution of unisotropic matter in the presence of charge are obtained. A brief outline of constructing a model describing collapse of a charged radiating fluid sphere in the set up developed is given.     

基于能量的轨线面跳跃新退相干修正方法

本文受轨线分叉修正面跳跃(BCSH)方法[J. Xu and L. Wang, J. Chem. Phys. 150,164101 (2019)]的启发,提出了两种轨线面跳跃新退相干时间计算公式. 本研究的线型和指数型公式均将退相干时间刻画为绝热势能面之间能差的函数,能够准确地描述BCSH预测的由波包反射导致的退相干效应. 在包含了200个多样化的系列模型中,采用不同的初始核动量,以精确全量子解为参考,对涉及的参数进行了系统训练. 相比广泛使用的退相干公式,两种新方法在Tully的三个标准模型中都显著地提高了可靠性,并保持高计算效率.     

采用非绝热动力学模拟探究溶剂效应对桨-轮形状的给体-受体复合物的激发态弛豫动力学的影响

充分理解给体-受体复合物的激发态动力学在实验和理论上都具有非常重要的意义. 本文首次结合电子结构计算和非绝热动力学模拟,探索了最近合成的一个桨-轮形状的给体-受体复合物的光致动力学过程,该复合物由三个氟硼二吡咯基团和一个六氧杂并三苯构成. 根据计算结果,得出结论,桨-轮形状的给体-受体复合物共轭物在激发时将被提升到氟硼二吡咯片段的局部激发状态,然后发生超快局部激发电子态到电荷转移电子态的激子转移. 与先前实验工作中提出的光致电子转移机理不同,这种激子转移过程伴随着从氟硼二吡咯基团到六氧杂并三苯基团上的空穴. 此外,还发现溶剂效应在该体系的光致动力学中起着重要作用. 具体而言,强极性的乙腈溶剂加速了空穴转移动力学,这可以归因于溶剂对电荷转移状态的显著影响,即局部激发和电荷转移激子之间的能隙大大减小,而与此同时非绝热耦合增加,这两个因素都可以促进空穴转移过程. 目前的工作不仅为桨-轮形状的给体-受体复合物的潜在光诱导机制提供了有价值的见解,而且有助于未来设计具有更好光电性能的新型给体-受体复合物.     

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.     

Quantum Zeno Dynamics Through Stochastic Protocols

Quantum measurements play a crucial role in quantum mechanics since they perturb, unavoidably and irreversibly, the state of the measured quantum system. More extremely, the constant observation of a quantum system can even freeze its dynamics to a subspace, effectively truncating the Hilbert space of the system. It represents the quantum version of the famous flying arrow Zeno paradox, and is called quantum Zeno dynamics. In general, it can be obtained by applying frequent consecutive quantum measurements that are equally spaced in time. Here, we introduce time disorder in the measurement sequence, and analytically investigate how this temporal stochasticity may affect the confinement probability of the system in the subspace. As main result, we then exploit how different dissipative and coherent Zeno protocols can be generalized to this stochastic scenario. Finally, our analytical predictions are numerically tested on a paradigmatic spin chain where we find a trade‐off between a probabilistic scheme with high fidelity (compared to perfect subspace dynamics) and a deterministic one with a slightly lower fidelity, moving further steps towards new schemes of Zeno‐based control for future quantum technologies.     

Quantum Trajectory Approach to Molecular Dynamics Simulation with Surface Hopping

In this work we propose a quantum trajectory approach to the powerful molecular dynamics simulation with surface hopping,from an insight that an efective"observation"is actually implied in the simulation through tracking the forces experienced,just like checking the meter’s result in quantum measurement process.This treatment can build the nonadiabatic surface hopping on a physical foundation,instead of the usual fictitious and conceptually inconsistent hopping algorithms.The efects and advantages of the proposed scheme are preliminarily illustrated by a two-surface model system.     

Quantum Trajectory Approach to Molecular Dynamics Simulation with Surface Hopping

In this work we propose a quantum trajectory approach to the powerful molecular dynamics simulation with surface hopping, from an insight that an effective “observation” is actually implied in the simulation through tracking the forces experienced, just like checking the meter's result in quantum measurement process. This treatment can build the nonadiabatic surface hopping on a physical foundation, instead of the usual fictitious and conceptually inconsistent hopping algorithms. The effects and advantages of the proposed scheme are preliminarily illustrated by a two-surface model system.     

量子反应散射理论及其应用

用交叉分子束和激光技术能够获得从反应物到产物化学变化过程中全部微观的、动态的知识,从而把化学反应动力学发展到基元反应的态态层次.量子反应散射理论能够对自然定律所容许的所有基元双分子态态反应作出最完整的描述.对当前分子反应动力学领域常用的几种量子反应散射理论计算方法,如含时波包传播法,紧耦合微分方程法,散射矩阵变分法及排列通道线性组合散射波函数法的原理及其应用作简单介绍,同时对发展动向作出展望.