原子與腔場(chǎng)相互作用體系的量子退相干研究.pdf

1、量子力學(xué)是20世紀(jì)科學(xué)發(fā)展過程中最重要的理論之一。隨著量子計(jì)算和量子信息學(xué)等眾多以量子力學(xué)為基礎(chǔ)的全新領(lǐng)域地興起，量子理論在推動(dòng)現(xiàn)代社會(huì)進(jìn)步過程中展現(xiàn)出了愈發(fā)重要的作用。利用量子理論來研究并設(shè)計(jì)量子器件，進(jìn)而構(gòu)造量子儀器及機(jī)械已經(jīng)成為現(xiàn)今無論是理論基礎(chǔ)還是實(shí)驗(yàn)應(yīng)用方面的重要研究方向。由于原子與腔場(chǎng)相互作用體系的高品質(zhì)、易于制備等特性使其成為實(shí)現(xiàn)這些研究的一個(gè)重要平臺(tái)，基于其良好特性進(jìn)行高精度的量子度量成為近年來的研究新熱點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)精密量子

2、測(cè)量的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題是如何控制腔場(chǎng)相互作用體系中的量子退相干--這是量子力學(xué)區(qū)別于經(jīng)典力學(xué)的一個(gè)根本特性。然而，當(dāng)量子系統(tǒng)與外界環(huán)境相互作用時(shí)，卻不可避免地會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的量子退相干。另外，研究量子退相干問題對(duì)于人們更好的理解經(jīng)典世界和量子世界的過渡，有重要意義。
　　本文通過開展一系列原子與腔場(chǎng)相互作用體系的量子退相干方面的探索性研究，為有關(guān)量子儀器及機(jī)械的基礎(chǔ)理論提供了研究依據(jù)，并介紹這些理論在以量子度量學(xué)為代表的精密測(cè)量領(lǐng)域的

3、重要應(yīng)用。本文共分八章，主要研究工作如下：
　　第一章和第二章：簡(jiǎn)要介紹了本研究課題的背景及其現(xiàn)狀，回顧了量子退相干、壓縮態(tài)、準(zhǔn)模理論的研究歷史，介紹了密度算符、退相干、輻射場(chǎng)量子化、壓縮態(tài)以及自發(fā)輻射等概念和原理。
　　第三章：根據(jù)環(huán)境誘導(dǎo)退相干的理論，研究了一個(gè)原子與一個(gè)處于壓縮真空態(tài)的單模光場(chǎng)相互作用時(shí)，原子與光場(chǎng)之間的耦合所導(dǎo)致的原子空間退相干問題。研究表明，當(dāng)腔場(chǎng)中存在一個(gè)運(yùn)動(dòng)的原子時(shí)，腔場(chǎng)與原子內(nèi)部能態(tài)的耦合會(huì)誘

4、導(dǎo)原子自發(fā)輻射，使得原子質(zhì)心運(yùn)動(dòng)發(fā)生退相干，并以此揭示了退相干因子對(duì)量子儀器模擬一些物理現(xiàn)象的影響。
　　第四章：研究原子的空間退相干因子，分析腔場(chǎng)的壓縮系數(shù)對(duì)原子空間相干性的影響，研究單個(gè)二能級(jí)原子與真空電磁場(chǎng)相互作用對(duì)原子質(zhì)心運(yùn)動(dòng)量子退相干的影響，并分析了原子躍遷和原子自發(fā)輻射對(duì)質(zhì)心運(yùn)動(dòng)相干性的影響，發(fā)現(xiàn)了一些新量子現(xiàn)象。結(jié)果表明，原子的自發(fā)輻射導(dǎo)致了原子空間自由度與真空?qǐng)鲋g產(chǎn)生了量子糾纏，破壞原子質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的相干性。從而對(duì)如

5、何調(diào)節(jié)量子器件參數(shù)來保證其可靠性提出了一些新的理論依據(jù)。
　　第五章：研究一個(gè)二能級(jí)原子置于一個(gè)一維耗散腔時(shí)，原子的動(dòng)力學(xué)耗散。計(jì)算得到腔中原子的動(dòng)態(tài)衰減率，并討論了原子與腔模式之間的失諧量和腔的尺寸對(duì)原子衰減率的影響，得到了一些新的基于準(zhǔn)模理論的結(jié)果。原子和場(chǎng)模式之間的失諧量不同時(shí)，原子衰減率不同。失諧量越大，原子衰減率越小。并且腔的尺寸也影響原子的衰減率，隨著腔的長(zhǎng)度增大，原子衰減率越小。
　　第六章：研究機(jī)械振子對(duì)置入

6、耦合系統(tǒng)中的原子狀態(tài)產(chǎn)生的影響?？紤]了在機(jī)械振子耦合光腔中原子退相干的問題。結(jié)果表明，整個(gè)系統(tǒng)若不存在耗散，且無外驅(qū)動(dòng)情況下，原子不存在退相干，機(jī)械振子的振動(dòng)狀態(tài)只會(huì)改變?cè)酉喔尚缘难莼芷?；?dāng)系統(tǒng)存在耗散時(shí)，并且系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)場(chǎng)非共振情況下，外場(chǎng)和機(jī)械振子的振動(dòng)狀態(tài)不會(huì)減緩原子的退相干。由此可見，機(jī)械振子與耗散扮演角色之間的區(qū)別和聯(lián)系能夠揭示一些重要的物理現(xiàn)象。
　　第七章：介紹原子與腔場(chǎng)相互作用體系在以量子度量學(xué)為代表的精密測(cè)量領(lǐng)