原子—光力混合系统的量子动力学研究

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1、硕士学位论文原子-光力混合系统的量子动力学研究STUDYONTHEQUANTUMDYNAMICSOFATOM-OPTOMECHANICALHYBRIDSYSTEM黄杰哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：O431.2学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开理学硕士学位论文原子-光力混合系统的量子动力学研究硕士研究生：黄杰导师：宋杰教授申请学位：理学硕士学科：物理学所在单位：物理系答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O413.2U.D.C:535DissertationfortheMasterDegree

2、inScienceSTUDYONTHEQUANTUMDYNAMICSOFATOM-OPTOMECHANICALHYBRIDSYSTEMCandidate：HuangJieSupervisor：Prof.SongJieAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：PhysicsAffiliation：DepartmentofPhysicsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学理学硕

3、士学位论文摘要对于量子信息处理与量子通信领域，如何实现对光子的定向操控一直是这两个领域的核心问题。量子系统的非线性可以产生许多非经典效应，例如光子阻塞，电磁诱导透明等等，利用这些非经典效应可以实现对光子的定向操控，因此量子系统的非线性对于量子信息处理来说具有很高的应用价值，这使得对于量子系统性质的研究一直是热门课题。腔QED（Quantumelectrodynamics）系统以及腔光力学系统是研究程度较高的两种量子系统，近几年对于腔QED系统与腔光力学系统的混合系统的研究也越来越多。在量子系统的描述中，人们提出了利用旋波近似方法处理原子与光子的相互作用模型，利用线性化

4、方法处理具有大量光子的量子系统，而在原子-光力混合系统中这两种方法的使用则需要再次进行讨论。本文主要从两个方面出发研究原子-光力混合系统的性质，包括混合量子系统的动力学特性以及混合量子系统中的光子统计性质。我们首先确认了混合光力系统的哈密顿量，并对其表述中使用的JC模型的旋波近似形式进行了适用性验证。我们发现旋波近似形式的JC模型在一定条件下依然适用于对混合量子系统的描述。利用旋波近似形式的哈密顿量进行数值模拟，通过分析子系统平均占有数随时间变化图像，来确定系统参数对演化过程的影响。我们发现系统的动力学过程受到光场-声场失谐、驱动场-光场失谐、系统耦合系数比的影响，开

5、放环境下系统的动力学过程还受到环境温度以及子系统耗散率比值的影响。我们讨论强驱动条件下哈密顿量的线性化处理方法，对线性化方法的误差进行了分析并提出了解决方法。利用线性化形式的哈密顿量分析强驱动条件对混合系统动力学的影响，我们发现改变驱动场振幅能改变原子演化的震荡频率。我们对混合光力学系统的光子统计性质进行了研究。光子统计性质反映了量子化电磁场的相干特性，二阶相干函数是表征光子统计性质的重要参数。我们利用数值模拟的方法，分析系统各个参数对二阶相干函数演化的影响，从而定性地认识混合光力学系统中的光子统计性质。最后我们对全文进行了总结并对课题的未来发展提出了展望。关键词：混

6、合光力学系统；动力学特性；光子统计性质；二阶相干函数-I-哈尔滨工业大学理学硕士学位论文AbstractForquantuminformationprocessingandquantumcommunication,howtoachievephotondirectionalprocessinghasalwaysbeenacoreissueinthesetwofields.Thenonlinearityofthequantumsystemwillproducemanynon-classicaleffects,suchasphotonblocking,electromagn

7、eticinductiontransparencyandsoon.Thesenon-classicaleffectscanbeusedtoachievephotonorientationoperations.Therefore,thequantumsystemofquantuminformationprocessingisverynonlinear.Thevalueofresearchingthenatureofquantumsystemapplicationshasalwaysbeenahottopic.QED(QuantumElectrodyna