基于量子算符涨落的非线性隧穿效应

本文主要讨论玻色-爱因斯坦凝聚体系(BECs)中关于量子算符涨落的非线性隧穿效应.通过数值模拟对称双势阱中BECs粒子与非线性作用的演化关系,可以得到在引入量子的算符涨落后,体系同样表现出Josephson效应和自囚禁现象.该理论极大地补充了基于平均场描述和量子描述下的非线性隧穿效应,为BECs的非线性隧穿效应的实验研究提供了理论依据.     

调频场作用下双光子电离光电子谱特性

应用微扰理论和数值计算方法,研究了调频光场作用下激发与电离模型中双光子电离光电子谱的相干特性.分析了调频光场的调制振幅、调制频率以及初相位对双光子电离光电子谱的影响.结果表明,调制振幅、调制频率以及初相位对双光子电离光电子谱有调制作用.选取合适的参量,可以实现对双光子电离光电子谱的量子控制.这一相干量子控制的机理是强场作用下激发态的粒子在两个缀饰态之间的选择性布局所致.     

基于腔场中氮空穴色心的几何量子计算（英文）

利用纯几何操作,提出腔场中的氮空穴色心作为量子比特实现几何量子计算的方案.在暗态子空间中,选取合适的闭合演化回路,可以构造出单比特和双比特控制相位门.因此,该文提出了一种很有前景的实现容错量子计算的方案.     

用Monte Carlo方法计算非Gauss噪声的重整流和效率

为提高分子马达的流与效率,用Monte Carlo方法研究了非Gauss噪声驱动的布朗粒子在闪烁棘轮势场中的流和效率。在无势情况下,粒子向两边对称地自由扩散,其分布密度函数偏离Gauss分布,存在一个长拖尾或大随机力分布被截断;当势恢复后,不对称的棘轮势将无规扩散整流成定向输运流。结果表明:棘轮势整流非Gauss噪声驱动的布朗马达,能获得比Gauss噪声情况大很多的流和效率;而且随着噪声参数的变化,流能发生反向现象。     

光子相位调制偏振编码/解码量子密钥分发系统

基于B92协议,提出相位调制实现偏振编码/解码的量子密钥分发实验系统方案。通过相位调制可以实现对光子偏振和相位的精确补偿,降低误码率。用算符来描述实验系统中的光学器件,态函数来描述光子的偏振态,算符对态函数的作用反映了光子偏振态的变化,便于理解光子偏振态的演化。这种编码的方案具有传输距离大和编码效率高的特点,而且经济、实用。     

基于非BSM的一对多二比特隐形传态

提出了一种无Bell基测量一对多隐形传输二比特信息的方案.在隐形传输过程中,以(2n+2)个粒子的最大纠缠态作为量子信道,通过原子在外加强经典驱动场下和单模腔场的相互作用,产生态的演化,从而实现隐形传输.传输过程中不需要用到Bell基测量,且不用考虑腔场耗散和外界热场环境的影响,传输成功的总几率为1.0.     

我校《量子几何相位及其相关问题研究》项目获国家自然科学二等奖

2014年1月10日,2013年度国家科学技术奖励大会在北京举行,我校物理与电信工程学院朱诗亮教授与香港大学汪子丹教授合作完成的项目《量子几何相位及其相关问题研究》获得国家自然科学二等奖.该项目属量子力学和量子信息领域,提出冷原子实现和探测相对论狄拉克粒子的理论,并预言可观测相应的拓扑相变,被斯坦福、ETH和Nice大学的实验观察到;揭示了几何相位和量子相变的内在定量联系.该项目是国际上最早研究冷原子几何相位诱导规范势的少数理论组之一,提出实现原子自旋霍尔效应理论,并     

普适的量子轨迹蒙特卡洛方法在激光与原子相互作用中的应用研究

强场光电离过程自发现以来一直是人们关注的重点,尤其是近年来在实验上观测到了光电子全息现象,人们开始通过各种半经典的理论方法来研究各种新奇结构背后的物理机制.笔者发展了一套普适的量子轨迹蒙特卡洛方法(Generalized Quantum-Trajectory Monte Carlo method,简记为GQTMC),首先通过对实验数据的模拟验证了它的正确性,随后研究了非绝热效应和库仑势效应.随后发现了一种与全息干涉机构不同的干涉现象,消除了近年来有关人们对干涉机制的误解,最后利用相位的相位方法发展了GQTMC,并研究了Freeman共振通道的电离时间差,在Freeman共振现象发现30年之后,首次获得了140 as的Freeman共振的时间信息.     

量子存储保护及快信号调控诱导绝热性(英文)

任何量子存储和信息处理器时时刻刻都受困于外界环境的干扰或因为其他系统关联而引起的量子态外泄.为了应对这些问题,人们提出了多种量子调控方案.这其中一大类方案由快信号调制或者基于激光脉冲序列的动力学解耦构成,旨在压制量子存储器件的退相干,并且阻止系统状态的外泄或扩散.本文回顾了一些应用此类量子调控方案的工作.人们可以保护处于非马尔可夫耗散噪声中的量子存储器件;或者在免于外泄的前提下,控制系统以进行绝热演化.通过分析各类动力学方程,包括二阶微扰主方程、基于非微扰论的量子态扩散方程、以及由PQ分解得到的单变量主方程,发现快速信号调制的效果与所施加脉冲序列的形态关系微弱.脉冲序列只需能够有效地将系统本征频率调至高于环境截断频率,系统量子态退相干就可以再被压制住.量子调控的效果其实与调控脉冲序列的具体细节无关.人们可以使用任何形态的激光,包括理想脉冲、矩形波脉冲、随机脉冲,甚至噪声型脉冲.     

光场作用下双势阱中隧道效应淬灭以及相位相干作用的研究

利用二能级近似，研究了受驱动光场作用时的粒子在双势阱中的量子隧道效应抑制现象．讨论了远共振激发和强场激发情况下的粒子定域问题．在远共振领域，得出了忽略耦合项的系统随时间演化的无微扰表达式，特别是在强场领域，由于贝塞尔函数的渐近行为，在远共振条件不满足时结论仍然成立，即零阶贝塞尔函数为零时，系统将发生相干隧穿抑制现象．     

基于人工势场的机器人动态路径规划新方法

针对传统机器人路径规划方法仅考虑静态环境的问题,建立了一种基于人工势场的移动机器人动态路径规划新方法.移动机器人运动环境通常是复杂多变的,在动态环境下,目标点、障碍物可能都是运动的,另外,存在运动轨迹未知的随机障碍物等,针对移动环境的动态情况,在传统人工势场法相对位置势场的基础上引入相对速度势场,充分利用量子粒子群算法,对引力势场和斥力势场的增益系数进行一定的优化.以量子粒子群的优化算法进行快速全局搜索,结合人工势场操作,对引力场和斥力场增益系数进行优化,该方法易于实时快速地对机器人进行控制.仿真结果表明,基于量子粒子群算法的人工势场法的路径规划模型能够得到平滑、安全的路径,具有较高的性能.该方法可以有效地实现机器人的动态路径规划.     

三能级Λ型原子系统中边频对相位调制光栅的影响

利用原子相干与干涉效应研究了三能级∧型原子系统中边频对相位调制电磁感应光栅的影响。结果表明由于边频相干,该结构中电磁感应透明窗口从一个拓展到多个。调节合适的边频强度,分析吸收色散性质,利用边频相干效应,相位衍射光栅强度尤其是一阶衍射得到增强。该系统内合适的探测场失谐、边频与中心频率之间的频差、相互作用长度也对相位调制光栅效率起到增强作用。该研究对于发展新颖的量子信息光学、量子网络及光学成像等方面的器件有着潜在的应用。     

双模压缩

光的相干压缩效应是光场的振幅和相位起伏的不对称的纯粹量子效应.文献[3]讨论了单模相干场与二能级原子相互作用中的压缩现象,在双模相干场与三能级原子的相互作用问题中,可以引入另一种讨论方案.设:     

周期调制倾斜光晶格中单粒子混沌输运特性

研究周期调制倾斜光晶格中单粒子的混沌动力学行为,在强调制强度情形下探讨了混沌对粒子量子输运的影响.仿真分析结果表明,只有当调制频率与晶格倾斜度相匹配时,才会发生混沌帮助量子隧穿现象,否则混沌帮助局域化.外场调制方法能有效地操控粒子的量子输运.     

二能级原子与单模光场相互作用系统的量子场熵演化特性

利用全量子理论,研究了二能级原子与单模相干态光场相互作用系统的量子场熵演化特性;通过数值计算,讨论了光场的平均光子数、光场-原子之间的耦合系数g对量子场熵演化特性的影响.结果表明:量子场熵随时间的演化呈现出周期或非周期性的振荡、崩塌与回复等现象,说明、g对量子场熵演化特性的影响具有非线性的特征.     

基于波粒二象性的量子光通信系统的研究

结合光子的波粒二象性,提出利用孤子调制承载量子态的方案,着重从调制信道的角度,分别论证了孤子在NLSE光纤和SIT媒介中的传输演变,量子的压缩态和纠缠态可以在孤子的传输演变中产生,从而实现量子的高速调制.这种调制方案,融合了量子和孤子的特性,避免了量子长距离传送所带来的一系列问题,如量子中继等.     

外势场中粒子的态密度和玻色—爱因斯坦凝聚

以简单的幂函数势为例讨论了在外势场中的粒子态密度 ,以及理想玻色气体实现玻色—爱因斯坦凝聚的条件和性质。     

相干脉冲下磁通量子比特的几何量子计算

首先计算了旋转磁场下自旋1/2粒子的绝热几何相位。用微波电流脉冲控制量子比特,导致量子比特里产生振荡的磁场。这个效应可以通过一个扰动的哈密顿量增加到总哈密顿量里,对哈密顿量进行旋转变换,得到磁通量子比特哈密顿变化的总效果类似于一个自旋1/2粒子在旋转磁场中的行为,进而计算出相干脉冲下磁通量子比特的几何相位,给定参数得到单比特量子逻辑门。最后简述了基于几何相位设计两比特受控非门。     

任意多光子Dicke态的制备

量子Dicke态对于多粒子量子纠缠结构和性质的研究,以及量子网络的构建有着重要的意义.基于线性光学和交叉相位调制技术,利用三个基本量子门,给出了四光子Dicke态制备、任意系数W态制备以及任意系数和光子数的Dicke态制备方案.这些方案的确定性、任意性、高效性将为研究量子纠缠结构性质以及量子网络提供一定的便利.     

Wehrl熵和介观电路量子效应之间的关系

为了研究介观电路在有限温度下的量子效应,将Wehrl熵应用于介观电路系统中.首先,由量子正则系综理论得到了热场中一维谐振子的密度矩阵,进而计算出的Wehrl熵不仅与谐振子的本征频率有关,而且还随热场的温度单调递增.其次,将介观RLC串联电路等效成热场中的一维谐振子,利用Wehrl熵研究介观RLC串联电路在能量混合态下的量子效应,得出了电路中电荷和自感磁通量的量子涨落及相应不确定关系都随着Wehrl熵单调递增,从而也就随温度单调递增.结论与目前采用热场动力学理论方法所得结果相一致.所以,Wehrl熵可以作为介观电路中的量子涨落和相应不确定关系的度量.