微腔中多体系统的新奇量子相变及其调控

量子力学中的多体系统研究量子力学是描述微观世界的重要理论，它在多体系统的研究中发挥着重要的作用。

多体系统是指由多个粒子组成的系统，如原子核、分子和凝聚态物质等。

在这篇文章中，我们将探讨量子力学中的多体系统研究。

在量子力学中，描述多体系统的基本框架是量子力学的波函数。

波函数可以用来描述系统的状态，并通过薛定谔方程来演化。

对于一个多体系统，其波函数是所有粒子坐标和自旋的函数。

然而，由于多体系统的复杂性，精确求解多体系统的波函数是非常困难的。

为了解决多体系统的问题，研究者们提出了各种各样的近似方法。

其中最常用的方法是平均场近似。

平均场近似假设每个粒子只受到平均场的作用，而忽略了粒子之间的相互作用。

这种方法在一些情况下是有效的，比如在描述大量粒子的统计行为时。

然而，在描述强相互作用的系统时，平均场近似往往不够准确。

除了平均场近似，还有一些更精确的方法可以用来研究多体系统。

其中一种方法是量子蒙特卡洛方法。

量子蒙特卡洛方法通过随机抽样的方式来模拟系统的演化，从而得到系统的性质。

这种方法在描述凝聚态物质中的相变和超流性等现象时非常有用。

另一种方法是密度泛函理论。

密度泛函理论是将多体问题转化为单体问题的一种方法。

它通过引入一个有效的势能来描述多体系统的行为。

这种方法在描述凝聚态物质中的电子结构和物理性质时非常有效。

除了这些方法，还有一些其他的方法可以用来研究多体系统。

例如，量子化学方法可以用来研究分子的结构和反应。

量子蒙特卡洛方法可以用来研究凝聚态物质中的相变和超流性等现象。

这些方法在多体系统的研究中发挥着重要的作用。

除了研究多体系统的方法，研究者们还对多体系统的性质进行了深入的研究。

例如，研究者们发现多体系统中的相变现象是由量子涨落引起的。

相变是指系统在一定条件下从一个相到另一个相的转变。

在经典物理中，相变是由热涨落引起的。

然而，在量子力学中，由于量子涨落的存在，相变的机制会有所不同。

此外，研究者们还对多体系统中的量子纠缠进行了深入的研究。

微腔中多体系统的新奇量子相变及其调控【摘要】：研究多体系统的量子相变及其调控一直是凝聚态物理学的热门内容之一。

在早期的理论研究中,光学腔中的多原子系统具有正常—超辐射量子相变。

但是到目前为止,该量子相变还没有被观察到。

其主要原因是,由于每个原子都各自存在量子涨落,所有的原子不能与光子发生相同的相互作用。

最近的实验利用了玻色—爱因斯坦凝聚的奇特特性---低于某一特定温度时,所有粒子都聚集到动量空间中的最低能态上,并具有相同的物理特性,验证了超冷原子与光子能发生集体强耦合作用。

这是最高层次上研究物质与光的相互作用。

在该系统中光子不仅与原子发生近共振相互作用,而且还能充当数据线,并有效地耦合长程原子之间的相互作用。

这两个相互作用发生强烈竞争,将会导致新奇量子效应。

本文在当前的实验条件下着重研究腔中多原子体系的新奇量子相变及其调控,主要内容如下:(1)给出多原子与光子相互作用体系几何相位的一般公式(正比于平均光子数)。

而且证明该几何相位与量子相变有着重要的关系。

因此,它是一个在实验上可以探测量子相变的重要物理量。

(2)运用路径积分方法讨论有限原子数下Dicke模型在超辐射相时的量子隧穿。

指出量子混沌将协助隧穿并与纯量子隧穿会发生强烈的竞争,从而导致系统的量子隧穿减弱。

(3)提出控制超辐射量子相变的一种方案,即运用一个含时经典驱动外场的频率来代替原子的共振频率,从而取得满足发生超辐射量子相变的条件。

最后,该方案在宏观超导量子电路中与腔相互作用的体系中实现。

(4)引入含有长程原子相互作用的Dicke模型,运用相干态路径积分方法得出当原子数为有限奇数时,该模型有绝对简并的基态和很大的能级间距,而且这个间距随着原子数的增加而增大。

因此,在绝对简并的基态子空间中适当控制相关参数,可以实现容错量子计算,克服量子退相干。

(5)在超导结与纳米力学共振器的相互作用系统中实现Dicke 模型,而且在周期调控下实现单向量子计算机所需的cluster态。

高Q值微腔中二能级原子演化的操纵和量子反演
胡峰;葛国勤
【期刊名称】《广东工业大学学报》
【年(卷),期】2007(024)004
【摘要】通过求解系统演化的主方程,研究了在高Q值腔中两能级原子的量子演化及其操控,特别是数值计算了在不同的场情况下原子在导入π脉冲后的演化.研究表明,在弱场情况下,作用于第一个原子的π脉冲不仅导致了第一个原子的量子演化的反演,还导致了后续第2个原子可以再现第1个原子的演化规律,从而为实现操控原子演化的规律和量子信息的传递提供了一种有效的方法.另外还提供了一种简单、方便可研判微腔中光子数的方法.
【总页数】5页(P17-21)
【作者】胡峰;葛国勤
【作者单位】广东工业大学,实验教学部,广东,广州,510006;华中科技大学,物理系,湖北武汉,430074;华中科技大学,物理系,湖北武汉,430074
【正文语种】中文
【中图分类】O431.2
【相关文献】
1.高Q值腔中有时序差注入的二能级原子的量子信息传递的操纵 [J], 颜莉;喻佳丽;葛国勤
2.两模微腔中四能级原子粒子布居数随时间的演化 [J], 曲照军;柳盛典;杨传路
3.半经典理论中二能级原子的量子态保真度 [J], 谢利军;张登玉;唐世清;高峰
4.电磁场中二能级原子的量子相干性 [J], 高峰;张登玉;唐志祥
5.辐射场中二能级原子的量子态保真度 [J], 谢利军;张登玉;唐世清
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多体量子力学中的量子相变多体量子力学是研究多个粒子之间的相互作用以及量子效应如何影响它们的领域。

其中一个重要的问题是量子相变，它描述的是当外部参数改变时，材料中的量子态如何突然发生变化。

量子相变在凝聚态物理和量子信息领域中具有广泛的应用。

本文将讨论多体量子力学中的量子相变的概念和一些实例。

首先，让我们了解一下什么是量子态，以及为什么它在多体系统中如此重要。

量子态是描述粒子性质的数学对象，它可以是一个矢量或一个矩阵。

在经典物理中，粒子的状态可以由其位置和动量表示。

然而，在量子力学中，我们不能同时知道粒子的位置和动量，因为这违背了不确定性原理。

相反，我们用波函数描述一个粒子的状态，波函数是一个复数的函数，描述了粒子在不同位置或动量下的概率分布。

在多体系统中，有多个粒子相互作用。

这种相互作用非常复杂，可以表现出许多不同的行为。

量子相变是指在给定条件下，这些多体系统的量子态发生突然变化的现象。

我们可以用一个简单的例子来解释这个概念。

考虑一个由自旋1/2粒子组成的系统，这些粒子可以处于向上自旋或向下自旋的状态。

当相互作用很弱时，粒子更倾向于保持各自的自旋状态。

然而，当相互作用增强时，粒子之间会发生自旋翻转，并形成一个整体的状态。

这个例子说明了一个极端的情况，即从无序到有序的相变。

然而，在实际系统中，我们经常遇到更加复杂的相变形式。

例如，系统的电导率、磁性和超导性都可以发生量子相变。

这些相变的理论解析很困难，因为它们涉及到大量的粒子相互作用和量子涨落。

因此，研究量子相变需要使用数值模拟和理论推导相结合的方法。

量子相变的一个重要概念是量子相变点。

量子相变点是指系统在一个特定的外部参数下，出现由量子态的连续变化导致的相变。

例如，在某个温度下，系统的磁化率突然变化，这被称为磁化率相变点。

量子相变点通常与能级交叉和相互作用的混合态有关。

在相变点附近，系统的涨落会变得很大，导致量子态的剧烈变化。

多体量子力学中的量子相变在凝聚态物理研究中具有广泛的应用。

项目名称：量子通信网络和量子仿真关键器件的物理实现首席科学家：起止年限：2011.1至2015.8依托部门：中国科学院二、预期目标本项目的总体目标是实现若干量子通信网络和量子仿真关键器件。

通过系统的研究各个物理体系在实现量子信息过程中的基本物理问题，为量子信息的实用化找到一条切实可行的道路，同时完善现有的实验研究平台，磨炼和造就一支国际先进水平研究队伍。

我们希望在通信波段的量子光源的实现与应用，多光子操控，量子精密测量，网络量子信息过程，光学微腔量子信息器件的加工与操控以及量子仿真的理论与实验等方面作出若干国际领先的有显示度的成果。

五年的预期目标：1.研制基于量子点发射的通信波段非经典光源原型器件，并利用这些器件进行量子通信网络化、长程化的各种基本问题的研究，如信道的非马尔科夫性、信道的波分复用等。

完成基于量子点中自旋态的量子控制的原理性验证。

2.完成八光子通信复杂度实验；提高多光子干涉的过程保真度；可能实现逼近或达到海森堡极限的高精度量子测量实验；研制二维网络纠缠光源原型器件，建立一个可用于研究网络量子信息过程的有一定规模的量子网络平台。

3.掌握基于微纳光学腔的可集成化量子仿真中的核心技术和并实现其中的关键操作，如实现光腔中单量子体与腔模强耦合；实现对光子态或者原子能级态的量子相干操纵；制备由多个光学腔构成的光学腔阵列，并实现其中两个耦合腔体系的相互作用。

4.在具有可集成性的量子系统芯片式设计和调控，强关联模型的量子仿真和量子奇异相探测以及在基于量子信息的算法研究、量子相变和量子纠缠的理论方面获得若干重要的进展。

我们预期在国际高水平杂志上发表论文100篇以上，培养博士生30名左右。

三、研究方案一、研究方案本项目将利用光子及光子与固态物质相互作用过程，拟在量子通信网络和量子仿真的关键性技术上取得突破。

在量子信息物理实现方面，各种物理体系具有不同特点。

不同的量子比特系统相对于不同的量子信息实现过程具有不同的长处和不足，如光学有利于量子信息传播；固态系统有利于器件的集成和信息的定域化存储；而在高品质的微腔中光与原子的相互作用有利于实现量子信息的操纵。

量子多体物理，及其演生现象和临界现象
量子多体物理是研究多个量子粒子如何相互作用和组成物质的学科。

在量子多体系统中，粒子的量子态不仅取决于自身的性质，还与周围粒子的状态密切相关。

这种复杂的相互作用导致了一些有趣的演生现象和临界现象。

演生现象是指在量子多体系统中出现的非平凡的集体行为。

例如，超导和超流现象就是演生现象的例子。

在超导中，电子会以一种奇特的方式相互作用，导致电阻率降为零。

在超流中，液体原子会在低温下形成一种氦-4的相，这种相的密度和粘性都很特殊。

临界现象是指物质在某些特定条件下出现的相变现象。

在量子多体系统中，这种现象尤为显著。

例如，铁磁体在某个温度下会出现磁性，但如果温度超过某个临界值，磁性会突然消失。

这个临界温度被称为居里温度。

在量子临界现象中，量子涨落会导致相变的出现，例如量子相变和拓扑相变。

总之，量子多体物理是一个非常有趣和复杂的学科，它探索了量子世界中的集体现象和物质的临界性质。

材料科学中微观相变现象解析与调控方法创新引言：材料科学是一门研究材料的结构、性能、制备和应用的科学领域。

在材料科学中，微观相变现象是一项重要的研究内容，对于材料的性能和应用具有关键影响。

本文将详细解析微观相变现象，并探讨了调控方法创新的重要意义。

一、微观相变现象解析1. 定义：微观相变是指材料内部结构的转变，如晶体的相变、晶粒的滑移和孪晶的形成等。

2. 分类：根据材料性质和变化过程，微观相变可分为固态相变、液态相变和气态相变等。

3. 影响因素：微观相变的发生受多种因素影响，如温度、压力、化学成分、外界应力等。

4. 相变机制：微观相变具有复杂的物质转变机制，包括晶体晶格变化、化学键重组等。

二、调控方法创新的重要意义1. 性能优化：通过调控微观相变现象，可以优化材料的结构和性能，提高机械性能、电磁性能等。

2. 应用拓展：微观相变的调控方法创新可以促进材料应用的拓展，如新型材料的研发和应用等。

3. 能源领域：微观相变的调控方法在能源领域具有广泛应用，如储能材料、光电材料等的研究。

三、微观相变现象解析的方法创新1. 实验方法：通过实验手段观察和分析微观相变现象，如X射线衍射、电子显微镜等。

2. 模拟计算：利用计算机模拟方法，对微观相变现象进行模拟和预测，如分子动力学模拟等。

3. 原位观察：通过原位观察方法，实时观察材料的微观相变过程，如原位透射电子显微镜等。

四、调控方法创新的案例研究1. 相变温度调控：通过改变材料的组分和结构，调控相变温度，实现材料性能的优化。

2. 界面控制：通过界面工程的方法，在材料的界面上引入特定的原子或分子，调控材料的相变行为。

3. 激光加工：利用激光技术对材料进行微观相变的调控，实现材料结构的改变和性能的调整。

五、未来展望微观相变现象解析与调控方法创新在材料科学中具有重要意义。

随着科学技术的发展，我们对于微观相变现象的理解和控制能力将进一步提高。

未来，我们可以预见，在新材料的研制和工业应用中，微观相变的研究将发挥越来越重要的作用。

量子多体系统中的相变行为探索量子多体系统是物理学中一个重要的研究领域，它涉及到微观粒子之间的相互作用和宏观性质的关系。

在这个领域中，相变行为是一个引人注目的现象，它描述了物质从一种状态到另一种状态的转变过程。

本文将探讨量子多体系统中的相变行为，并介绍一些相关的实验和理论研究。

在经典物理中，相变是由于温度、压力或其他外部参数的变化而引起的。

然而，在量子多体系统中，由于存在量子涨落和量子纠缠等量子效应，相变行为变得更加复杂和有趣。

相变可以分为两种类型：一阶相变和连续相变。

一阶相变由于自由能的不连续性而特征明显，而连续相变则没有自由能的不连续性，其特征是物理量的连续变化。

量子多体系统中的相变行为可以通过实验来研究。

例如，研究者可以使用冷原子系统来模拟量子多体系统。

通过将原子冷却到极低的温度，可以观察到相变的行为。

实验中的原子可以被限制在一个光学晶格中，这样可以模拟出不同的相互作用和晶格结构。

通过改变外部参数，如温度或相互作用强度，研究者可以观察到相变的发生。

理论上，量子多体系统中的相变行为可以通过一些数学模型来描述。

最著名的模型之一是伊辛模型，它描述了自旋之间的相互作用。

在伊辛模型中，自旋可以采取两种状态：向上或向下。

通过改变温度或外部磁场，可以观察到自旋的相变行为。

伊辛模型的研究不仅在理论上有重要意义，也可以与实验结果进行比较。

除了伊辛模型，还有其他一些模型可以用来描述量子多体系统中的相变行为。

例如，量子伊辛模型考虑了量子涨落的影响，量子晶格模型考虑了晶格结构的影响。

这些模型可以通过数值计算或解析方法来研究。

研究者可以计算不同参数下的物理量，如自旋的平均值或关联函数，来揭示相变的特征。

相变行为在量子多体系统中具有广泛的应用。

例如，在凝聚态物理中，超导和超流现象都涉及到相变行为。

超导是指电阻为零的现象，它在低温下发生。

超流是指流体的无摩擦流动，它在低温下发生。

这些现象的理解和应用都依赖于对相变行为的研究。

单分子的新奇物性及其调控
胡伟霖;郭雪峰
【期刊名称】《北京师范大学学报:自然科学版》
【年(卷),期】2022(58)4
【摘要】随着电学器件的尺寸逐渐减小,分子电子学,即将单个分子作为电路的组成元件,逐渐成为一个前沿研究领域.在分子电子学领域中,这种单分子器件不仅为未来电路器件的微型化提供了潜在的解决方案,更是由于其独特的纳米尺度而蕴含着大量新奇的物理性质.本文在简要介绍单分子器件的构筑方法后,详细介绍了单分子器件在电学、磁学和量子方面的部分新奇物性以及相应的调控方式,并对单分子科学在器件制备方法、测试手段和机制研究等方面进行简要的总结与展望.
【总页数】8页(P561-568)
【作者】胡伟霖;郭雪峰
【作者单位】北京大学化学与分子工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】O643.12;O649.4
【相关文献】
1.新奇的调控分子——microRNA
2.单分子膜和自组装单分子膜调控生物有机晶体生长
3.单分子尺度的光量子态调控与单分子电致发光研究
4.功能分子结构的组装和单分子物性:基于密度泛函理论的第一性原理计算与扫描隧道显微学(I)
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