周期驱动的二能级系统中的准宇称-时间对称动力学

本文研究了一个周期驱动的非宇称-时间对称二能级量子系统的非厄米动力学.通过经典相空间分析方法,解出了该非厄米系统的Floquet态和准能谱,并解析构造了由该非厄米哈密顿量支配下的量子态的非幺正时间演化算符,给出了不同参数区域的量子态演化.本文数值和分析证明,该非宇称-时间对称二能级Floquet系统,类似于宇称-时间对称系统,存在一个准能谱从实数谱到复数谱的相变.本文还揭示了在量子态的动态演化中存在一种准宇称-时间对称动力学,即,该系统的粒子布居概率演化完全满足时间空间对称(宇称-时间对称),但是由于相位演化违反了宇称-时间对称性的要求,因此包含相位信息的量子态演化不满足时间空间对称(宇称-时间对称).这些结果加深了对非厄米物理的理解,拓展和推广了传统的宇称-时间对称概念.     

两量子比特系统中相互作用对高阶奇异点的影响

近年来,与环境耦合的非厄米开放系统成为人们研究的热点.非厄米体系中的奇异点会发生本征值和本征态的聚合,是区分厄米体系的重要性质之一.在具有宇称-时间反演对称性的体系中,奇异点通常伴随着对称性的自发破缺,存在很多值得探究的新奇物理现象.以往的研究多关注无相互作用系统中的二阶奇异点,对具有相互作用的多粒子系统,及其中可能出现的高阶奇异点讨论较少,特别是相关的实验工作尚未见报道.本文研究了具有宇称-时间反演对称性的两量子比特体系,证明了该体系中存在三阶奇异点,并且量子比特间的伊辛型相互作用能够诱导体系在三阶奇异点附近出现能量的高阶响应,可通过测量特定量子态占据数随时间的演化拟合体系本征值的方法来验证.其次通过探究该体系本征态的性质,展示了奇异点的态聚合特征,并提出了利用长时间演化后稳态的密度矩阵验证态聚合的方法.此外,还将理论的两量子比特哈密顿量映射到两离子实验系统中,基于¹⁷¹Yb~+囚禁离子系统设计了实现和调控奇异点,进而验证三阶响应的实验方案.这一方案具有极高的可行性,并有望对利用非厄米系统实现精密测量和高灵敏度量子传感器提供新的思路.     

量子系统哈密顿量的必要条件

在此前的量子理论中,哈密顿量被要求是厄米算符,这既保证了其本征值谱为实又保证了动力学演化过程几率守恒。近年来,一些非厄米哈密顿量被发现同样满足这两条要求。然而,这两条要求都是哈密顿量可描述量子系统动力学的充分条件而非必要条件。文章中我们从量子化条件和动力学演化方程出发,考察一般形式的哈密顿量,表述为产生算符和湮灭算符之正规积的形式,欲为恰当的哈密顿量所应满足的必要条件。对于形如$\\hat{H}=\\hat{p}^2+\\mathrm{i} \\hat{x}^3$和$\\hat{H}=\\hat{p}^2-\\hat{x}^4$这样的近年来得到广泛关注的非厄米哈密顿量,容易验证它们满足必要性条件。必要性条件可以用来及时排除那些不恰当的非厄米哈密顿量形式。     

IEO方法在求解哈密顿量能谱中的应用

利用IEO方法,通过选取合适的不变本征算符,使之满足所谓的"本征算符方程",其本征值与体系的能隙对应;从而直接、方便地推导出体系的能谱.本文以有外场时双原子分子体系和光场非线性相互作用的两个哈密顿为例,介绍IEO方法在分子与原子物理中的应用.     

第一类Poschl-Teller势的非线性代数结构

在形变李代数理论的基础上,利用哈密顿算符和自然算符,构造出第一类Poschl-Teller势的非线性谱生成代数。该非线性代数能够完全确定势场的能量本征态集合和本征值谱,在适当的非线性算符变换下可以化为谐振子代数,显示了该系统具有新的对称性。     

第一类PschlTeller势的非线性代数结构

在形变李代数理论的基础上 ,利用哈密顿算符和自然算符 ,构造出第一类P schl Teller势的非线性谱生成代数 .该非线性代数能够完全确定势场的能量本征态集合和本征值谱 ,在适当的非线性算符变换下可以化为谐振子代数 ,显示了该系统具有新的对称性     

第一类P?schl-Teller势的非线性代数结构

在形变李代数理论的基础上,利用哈密顿算符和自然算符,构造出第一类P?schl-Teller势的非线性谱生成代数.该非线性代数能够完全确定势场的能量本征态集合和本征值谱,在适当的非线性算符变换下可以化为谐振子代数,显示了该系统具有新的对称性 关键词： P?schl-Teller势 自然算符 非线性谱生成代数     

轨道角动量算符的本征值和本征函数与阶梯算符

量子力学的一个重要课题是求解力学量算符的本征值方程,以求得其本征值和本征函数.但是,大部分的本征值方程是二阶交系数微分方程.用通常使用的级数解法求解这类方程比较费时,也不好学.如果采用阶梯算符,可以变立阶变系数微分方程为两个一阶微分方程。这样一来,求解就比较简便,物理意义也很的确,通用性也较强,因此,阶梯算符法是值得推广的. 这篇文章中,我们阐述如何利用阶梯算符法求出轨道角动量平方算符的本征值和本征函数一球谐函数;讨论球谐函数与勒让特多项式及缔合勒让特函数间的关系并求出它们的正规性关系.由于有心力场问题哈密顿角…     

均匀磁场中带电粒子的量子运动不违反规范不变原理

通过讨论当哈密顿算符的本征值简并对守恒量完全集的规范变换关系，说明了均匀磁场中带电粒子的量子运动不违反规范不变原理，指出了文献（１）在这个方面上得出错误结论的根源，并分析了朗道态函数在物理上的合理性。     

高维宇称-时间对称系统中的信息恢复与临界性

近期,满足宇称-时间对称性的非厄米系统的研究取得了令人印象深刻的进展,如物理系统拓扑性质和奇异点处临界性的观测.宇称-时间对称的非幺正动力学的一个至关重要的方面就是系统与环境之间的信息流动.本文利用量子态间的可区分性这一物理量,统一量化了低维与高维宇称-时间对称的非厄米系统和环境之间的信息流动.数值计算结果表明,在宇称-时间对称性保持的相区域可以观测到量子态间可区分性的振荡以及完全的信息恢复.然而在宇称时间对称性破坏的相区域,信息处于指数衰减的状态.奇异点处标志着信息流动的可逆与不可逆的临界性,量子态间的可区分性表现出幂律衰减的行为.理解非幺正量子动力学中的这些独特的现象为研究开放量子系统提供了重要视角,并且有助于其在量子信息中的应用.     

Parity-time对称性对电注入半导体激光器的模式控制

非厄米的描述对于开放系统有重要意义,满足parity-time对称性的哈密顿量,其参数在一定范围内可以使能量具有实的本征值.本文通过模拟,研究了损耗大小以及结构对称性对条形波导中的parity-time对称性的影响,并通过实验发现了电注入条件下由parity-time对称破缺导致的脊条波导模式间隔加倍、模式数减半的现象.     

QED是否还有新参数?

量子电动力学(QED)可以允许宇称破坏的费米子质量项,并由此引进一个新参量.这时不存在守恒的空间反演算符,并有明显的宇称破坏效应-电偶极矩.在手征变换下,在纯规范部分出现宇称破坏项.这一项不是对时间的全微商,所以对规范场的运动方程有贡献.用一个双联(dual)转动可以反手征转动前后的电磁场联系起来.第二类电磁场方程变成非齐次,并破坏宇称守恒.     

双模相位算符及基本征态

在双模空间，给出不同模式下厄米的ｃｏｓｉｕｅ和Ｓｉｎｅ算符。由于它们相互对易，就可构造出它们的本征态。并且讨论了这些相位算符和本征态磁的性质。最后还研究了Ｐ－Ｂ相位表示下这些算符的期望值。     

非线性Schr dinger方程孤子解的性质研究

我们研究了非线性 Schrdmger 方程的波包型的孤子解,发现它可以用于描写粒子的状态,而经典力学中的粒子及线性量子力学中的粒子是它的二种极端情况.我们也求得了一套非厄密算符的双正交基,可用于做微扰展开,发现离散本征值所对应的运动模式相当于“经典”性质的运动,而连续本征值所对应的运动模式则相当于“量子”性质的运动.我们认为表征体系状态的参数 u,可以作为体系具有量子性或经典性的标志.     

非厄米哈密顿量的物理意义

分析了一个脉冲激光与原子相互作用的四能级系统，并考虑最上层能级的自电离过程，从而引入非厄米哈密顿量.在缀饰原子模型下，通过直接求解此哈密顿量的本征值与本征函数，得到系统布居的演化函数.与数值方法所得演化函数的对比表明二者相当符合，从而肯定了非厄米哈密顿量在量子力学框架中的地位，并得到其本征值虚部的物理意义.这将使传统量子力学中力学量的定义得以拓展. 关键词： 非厄米哈密顿量 缀饰原子模型     

高维非厄米系统奇异点的多样性研究EI北大核心CSCD

不同于传统的厄米系统,非厄米系统存在奇异点。当某一参数演化到奇异点时,非厄米系统发生相变,即两个本征态合并成一个。利用耦合的超材料人造原子,研究了二态和四态的非厄米系统。通过记录电磁波开放系统相干吸收峰频率随损耗的变化,研究了非厄米系统本征值的各种演化轨迹。理论和电磁场仿真结果表明,四态非厄米系统的本征态通过不同的方式合并,可以形成五种奇异点;其中,由两个以上本征态合并产生的奇异点,称为高阶奇异点。     

无限深阱势的非线性谱生成代数与新型相干态

利用对称一维无限深阱势的哈密顿算符和自然算符构造出该势场的非线性谱生成代数,并在此基础上得到了一种新的非线性相干态.该相干态具有时间稳定性,既可以看成本征值为算符函数的降算符本征态,也可以看成广义极小测不准状态的转动态.     

高维非厄米系统奇异点的多样性研究

不同于传统的厄米系统,非厄米系统存在奇异点。当某一参数演化到奇异点时,非厄米系统发生相变,即两个本征态合并成一个。利用耦合的超材料人造原子,研究了二态和四态的非厄米系统。通过记录电磁波开放系统相干吸收峰频率随损耗的变化,研究了非厄米系统本征值的各种演化轨迹。理论和电磁场仿真结果表明,四态非厄米系统的本征态通过不同的方式合并,可以形成五种奇异点;其中,由两个以上本征态合并产生的奇异点,称为高阶奇异点。     

在局域子空间中计算给定范围内的能量本征值

通过能量算符δ函数作用于完全随机格点波函数,构造了可用于直接计算给定范围[Emin,Emax]内能量本征值和本征函数的局域子空间.在非正交局域基下详细推导了交迭积分和哈密顿算符在分立位置表象中的表示,讨论了广义本征值问题的解法.以Morse势和Henon-Heiles势的多个能量范围为例检验了算法     

键长-键角和Radau坐标下哈密顿算符在傅里叶基组表象下的厄米性

在量子动力学计算中,有时候为了规避奇点问题或者节省计算量,我们经常需要对哈密顿量进行变换. 然而,在使用傅里叶基矢计算时,哈密顿量的变换形式容易导致哈密顿矩阵失去厄米性,进而有些情况下使数值计算变得不稳定. 本文主要讨论构建具有厄米性的哈密顿算符的方法. 以三原子分子为例,构建了键长—键角和Radau坐标下描述分子运动的各种形式的哈密顿量. 基于这些哈密顿量,采用含时波包方法计算了OClO分子的吸收光谱,讨论了非厄米性矩阵对计算结果的影响. 本文所得到的结论对基于基函数展开的量子动力学计算都是适用的.