微腔中多體系統(tǒng)的新奇量子相變及其調控.pdf

1、研究多體系統(tǒng)的量子相變及其調控一直是凝聚態(tài)物理學的熱門內容之一。在早期的理論研究中，光學腔中的多原子系統(tǒng)具有正?！椛淞孔酉嘧?。但是到目前為止，該量子相變還沒有被觀察到。其主要原因是，由于每個原子都各自存在量子漲落，所有的原子不能與光子發(fā)生相同的相互作用。最近的實驗利用了玻色—愛因斯坦凝聚的奇特特性---低于某一特定溫度時，所有粒子都聚集到動量空間中的最低能態(tài)上，并具有相同的物理特性，驗證了超冷原子與光子能發(fā)生集體強耦合作用。這是最高

2、層次上研究物質與光的相互作用。在該系統(tǒng)中光子不僅與原子發(fā)生近共振相互作用，而且還能充當數(shù)據(jù)線，并有效地耦合長程原子之間的相互作用。這兩個相互作用發(fā)生強烈競爭，將會導致新奇量子效應。
　　本文在當前的實驗條件下著重研究腔中多原子體系的新奇量子相變及其調控，主要內容如下:
　　(1)給出多原子與光子相互作用體系幾何相位的一般公式（正比于平均光子數(shù)）。而且證明該幾何相位與量子相變有著重要的關系。因此，它是一個在實驗上可以探測量子相

3、變的重要物理量。
　　(2)運用路徑積分方法討論有限原予數(shù)下Dicke模型在超輻射相時的量子隧穿。指出量子混沌將協(xié)助隧穿并與純量子隧穿會發(fā)生強烈的競爭，從而導致系統(tǒng)的量子隧穿減弱。
　　(3)提出控制超輻射量子相變的一種方案，即運用一個含時經典驅動外場的頻率來代替原子的共振頻率，從而取得滿足發(fā)生超輻射量子相變的條件。最后，該方案在宏觀超導量子電路中與腔相互作用的體系中實現(xiàn)。
　　(4)引入含有長程原子相互作用的Dick

4、e模型，運用相干態(tài)路徑積分方法得出當原子數(shù)為有限奇數(shù)時，該模型有絕對簡并的基態(tài)和很大的能級間距，而且這個間距隨著原子數(shù)的增加而增大。因此，在絕對簡并的基態(tài)子空間中適當控制相關參數(shù)，可以實現(xiàn)容錯量子計算，克服量子退相干。
　　(5)在超導結與納米力學共振器的相互作用系統(tǒng)中實現(xiàn)Dicke模型，而且在周期調控下實現(xiàn)單向量子計算機所需的cluster態(tài)。
　　(6)在自旋相干態(tài)表象下計算非線性大自旋量子體系Lipkin-Meshko

5、v-Glick模型的能級間隙，揭示了一種新的量子相變存在，而且該相變由幾何相位引起，同時為實現(xiàn)非線性大自旋系統(tǒng)的量子邏輯門提供了一種新的方法。
　　(7)在大失諧條件下研究玻色—愛因斯坦凝聚體與腔的集體相互作用，并預言一種新的二級超輻射—Mott量子相變和一級超流量子相變。消除光子變量得到雙軸各向異性的Lipkin-Meshkov-Glick模型，并得到拓撲量子相干現(xiàn)象。運用自旋相干態(tài)路徑積分方法發(fā)現(xiàn)該模型存在有趣的拓撲量子相變。