量子退相干與量子相變的研究.pdf

1、近年來，隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的快速發(fā)展，設(shè)計(jì)和制造量子器件已成為可能。器件對(duì)量子態(tài)的操控要求量子系統(tǒng)具有高的相干性及較長(zhǎng)的退相干時(shí)間。因此，研究量子系統(tǒng)的退相干問題有著重要的意義。量子退相干是由于系統(tǒng)與環(huán)境的糾纏引起的，所以系統(tǒng)與環(huán)境之間的相互作用形式及環(huán)境系統(tǒng)的初始態(tài)都將影響系統(tǒng)的相干性。本文針對(duì)兩種環(huán)境系統(tǒng)，主要研究了環(huán)境初始態(tài)對(duì)系統(tǒng)相干性的影響。
　　 首先我們研究的是腔體中的二能級(jí)原子的退相干問題。對(duì)于環(huán)境光場(chǎng)的初態(tài)為一個(gè)相干態(tài)

2、的情況，我們得到了原子純度隨時(shí)間變化的解析表達(dá)式。結(jié)果表明，原子純度隨時(shí)間振蕩衰減。振蕩曲線的包絡(luò)是高斯型的，其半寬由相干態(tài)的平均光子數(shù)來決定。而振幅由原子的初態(tài)和原子與光場(chǎng)初態(tài)間的相對(duì)相位來決定。因此，適當(dāng)選取原子的初態(tài)便可以使原子純度避免振蕩，從而延長(zhǎng)了退相干時(shí)間。
　　 此外，我們還研究了自旋環(huán)境對(duì)一個(gè)單自旋的相干性的影響。我們選取的環(huán)境模型是橫場(chǎng)Ising模型。橫場(chǎng)Ising模型是一個(gè)典型的的量子相變模型，是凝聚態(tài)理論和

3、量子信息研究領(lǐng)域所關(guān)注的熱點(diǎn)。本論文側(cè)重于該模型的動(dòng)力學(xué)研究。我們通過對(duì)橫場(chǎng)Ising模型相變點(diǎn)附近動(dòng)力學(xué)行為的研究，發(fā)現(xiàn)環(huán)境的初態(tài)會(huì)影響中心系統(tǒng)的相干性，從而可以得到相圖及臨界標(biāo)度率等性質(zhì)。這為量子相變的臨界行為的探測(cè)提供了新的途徑。
　　 最后，我們還綜合的研究了自旋系統(tǒng)的相變問題。我們提出了一種新的非定域序參量，用來描述一組量子系統(tǒng)的量子相變。該序參量的計(jì)算與一條閉合曲線有關(guān)：當(dāng)此曲線為圓時(shí)，這個(gè)自旋模型的哈密頓量等價(jià)于橫