真空量子漲落對(duì)量子度量及圓周運(yùn)動(dòng)原子的自激發(fā)和幾何相的影響.pdf

1、任何量子系統(tǒng)都不可避免地與環(huán)境相互作用。不同的環(huán)境會(huì)對(duì)量子系統(tǒng)的演化造成不同的影響。真空漲落是任何量子系統(tǒng)都無(wú)法避免的環(huán)境。而時(shí)空的彎曲，邊界的存在等等都會(huì)改變量子漲落，從而導(dǎo)致與其存在相互作用的量子系統(tǒng)演化行為的不同。本文采用了一個(gè)簡(jiǎn)單的量子系統(tǒng)模型:兩能級(jí)原子。一方面，我們可以以原子為探測(cè)器，通過(guò)原子的響應(yīng)，如平均能量變化率，幾何相等，來(lái)間接探測(cè)由于原子的非慣性運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的量子“熱”效應(yīng)。另一方面，在進(jìn)行一些量子操作時(shí)，真空漲落勢(shì)必會(huì)

2、對(duì)測(cè)量系統(tǒng)（原子）的演化造成影響，從而影響最終的參數(shù)測(cè)量精度，于是我們嘗試通過(guò)邊界來(lái)改變量子漲落，從而調(diào)控量子漲落對(duì)參數(shù)測(cè)量的影響。主要得到以下結(jié)論:
　　1.我們采用Dalibard，Dupont-Roc和Cohen-Tannoudji提出的方法，分析了真空漲落和輻射反作用對(duì)與電磁場(chǎng)耦合的勻速圓周運(yùn)動(dòng)原子平均能量變換率的貢獻(xiàn)。結(jié)果表明，原子的非慣性運(yùn)動(dòng)會(huì)打破基態(tài)原子真空漲落和輻射反作用的平衡，從而導(dǎo)致自發(fā)激發(fā)。對(duì)比與標(biāo)量場(chǎng)耦合的

3、勻速圓周運(yùn)動(dòng)原子和與電磁場(chǎng)耦合的勻加速直線運(yùn)動(dòng)原子兩種情形，我們發(fā)現(xiàn):和與標(biāo)量場(chǎng)耦合的勻速圓周運(yùn)動(dòng)原子不同，與電磁場(chǎng)耦合的勻速圓周運(yùn)動(dòng)原子的輻射反作用項(xiàng)與加速度有關(guān)，并且和與電磁場(chǎng)耦合的勻加速直線運(yùn)動(dòng)原子的輻射反作用項(xiàng)具有相同的形式。而對(duì)于真空漲落項(xiàng)，同直線加速情況對(duì)比，標(biāo)志著熱輻射的普朗克因子項(xiàng)如今被非熱指數(shù)項(xiàng)替代了。這也意味著不同于直線加速觀測(cè)者，勻速圓周運(yùn)動(dòng)觀測(cè)者感受到的輻射是非熱的。但是，對(duì)于一個(gè)原子系綜，有效溫度可以通過(guò)原子的

4、躍遷速率來(lái)定義。計(jì)算有效溫度，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，和與標(biāo)量場(chǎng)耦合的勻速圓周運(yùn)動(dòng)原子的有效溫度不同，與電磁場(chǎng)耦合的勻速圓周運(yùn)動(dòng)原子的有效溫度始終大于Unruh溫度。
　　2.我們采用開(kāi)放量子系統(tǒng)辦法，研究了做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的與真空漲落電磁場(chǎng)耦合的兩能級(jí)原子的動(dòng)力學(xué)演化。結(jié)果表明，不同于直線加速情形，原子的躍遷速率和幾何相都不包含體現(xiàn)熱輻射的普朗克因子項(xiàng)。我們驗(yàn)證了:在相對(duì)論極限下，對(duì)于相同的加速度，勻速圓周運(yùn)動(dòng)原子的自發(fā)躍遷率和溫度都大于其在

5、直線運(yùn)動(dòng)情形下的值。不同于有效溫度，幾何相則與原子初態(tài)有關(guān)。當(dāng)原子初態(tài)Bloch角滿足θ=π/2時(shí)，直線和圓周運(yùn)動(dòng)原子具有相同的幾何相。對(duì)于任意原子初態(tài)，直線加速，圓周加速所獲得的幾何相修正并不相同。當(dāng)θ∈(0，π/2)∪（π/2，π），對(duì)于相同的固有加速度，勻速圓周運(yùn)動(dòng)原子的幾何相修正始終大于直線加速原子的幾何相修正。
　　3.我們以一個(gè)靜止的和真空漲落電磁場(chǎng)多極耦合的兩能級(jí)原子為測(cè)量系統(tǒng)，在無(wú)邊界和有邊界情況下研究了對(duì)原子參數(shù)

6、測(cè)量的量子Fisher信息。當(dāng)測(cè)量原子的初始參數(shù)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)沒(méi)有邊界時(shí)，真空漲落的電磁場(chǎng)總是讓初態(tài)參數(shù)的QFI降低，即讓該參數(shù)的測(cè)量精度降低。而當(dāng)存在邊界時(shí)，QFI便依賴于原子的位置和極化方向。于是測(cè)量精度相對(duì)于無(wú)邊界情況可能增加，減小或是不變。當(dāng)原子離邊界很近并且是平行極化時(shí)，環(huán)境對(duì)初始參數(shù)的QFI的影響被屏蔽了，原子如同一個(gè)封閉系統(tǒng)一樣精度不隨時(shí)間演化。當(dāng)測(cè)量原子頻率時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，存在一個(gè)最大QFI和最佳測(cè)量時(shí)間。當(dāng)邊界存在時(shí)，