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关于开放系统的动力学研究

张鸿宇  
【摘要】:单模光和单个二能级原子相互作用在实验室已经研究了很多年,然而一直处于弱耦合的作用下,直到最近几年,随着科学技术的发展,在实验室陆续实现了单模光和单个二能级原子的强耦合甚至超强耦合。在超强耦合作用下,我们可以观察到很多新奇的量子效应,为实现高保真的量子信息系统奠定了坚实的基础。纳米光纤腔在实现量子态操控,特别是少数乃至单个原子方面,具有独特的优势。由于其独特的形状及特性,可以通过缩短其腔长来改变腔场与原子的耦合强度,然而,在缩短腔长的同时,腔的耗散也随之增大,所以,我们需要选取合适的腔长区域,才能使得纳米光纤腔与二能级原子相互作用的耦合强度处于强耦合甚至超强耦合。在强耦合甚至超强耦合作用下,我们通常使用的Lindblad量子主方程失去了意义,我们必须考虑原子和光场相互耦合的反旋波项。为了研究纳米光纤腔与二能级原子相互作用随腔长变化(耦合强度)的相干动力学,本文做了如下工作:1.考虑二能级原子和单模光场相互作用的反旋波项,推导出了适合弱耦合、强耦合甚至超强耦合作用下的Lindblad量子主方程。并且验证了当耦合强度退回到弱耦合的情况下,我们得到的Lindblad量子主方程可以完全的退回到通常所用的Lindblad量子主方程。2.基于所得到的适用于任何腔长(耦合强度)的Lindblad量子主方程,通过数值方法讨论了原子布居数、平均光子数和二阶关联函数随腔长(耦合强度)的变化情况。由于新得到的主方程考虑了反旋波作用,发现长时动力学和二阶关联展现出与传统主方程不一样结果。


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