本文關(guān)鍵詞：量子體系的能量操控以及微觀器件的研究

  更多相關(guān)文章： 量子體系 能量輸運 漲落耗散定理 非平衡體系熱力學(xué)定律 量子器件

【摘要】：量子物理一直是現(xiàn)階段科學(xué)家們所關(guān)心的熱點問題。由于技術(shù)工藝的進步以及人們對于產(chǎn)品更高性能的要求,我們需要對量子體系的動力學(xué)及其性質(zhì)有著清楚的認識�，F(xiàn)實世界的系統(tǒng)由于不可避免的要和外界環(huán)境發(fā)生相互作用,因此研究融合有外界環(huán)境作用的量子開放體系性質(zhì)是很有必要。而與量子開放體系有關(guān)的一些物理現(xiàn)象,比如量子非平衡過程中的能量輸運以及相應(yīng)的熱力學(xué)定律研究,是我們認識量子世界的重要一環(huán)。而對于微小尺度的量子器件研究,我們著重關(guān)心它們表現(xiàn)出來與宏觀器件不一樣的性質(zhì),這將為大規(guī)模集成化量子器件提供基礎(chǔ)。在本文中我們將主要從量子體系的熱力學(xué)過程和量子器件的設(shè)計做相應(yīng)的研究。關(guān)于量子體系熱力學(xué)的研究,首先我們是從如何有效的操控體系的能量流動角度出發(fā),來探索高效的傳輸量子能量。對于自旋玻色體系,我們利用緩慢絕熱周期性的調(diào)節(jié)體系參數(shù),從而在體系中誘導(dǎo)出幾何相位,來驅(qū)動能量的流動。其次我們研究了在非平衡過程中開放體系的漲落耗散定理以及所滿足的熱力學(xué)規(guī)律。我們以布朗運動粒子為例,討論了推廣的熱力學(xué)第二定律的適用性;然后運用量子態(tài)耗散方法(QSD)軌跡,第一次推導(dǎo)出非平衡體系在量子非馬爾可夫下所滿足的漲落耗散定理以及Jarzynski等式。然后我們對于機械振子體系做了相關(guān)的熱力學(xué)研究,我們關(guān)心的是如何高效的冷卻機械振子,我們設(shè)計了chirped脈沖形式,用以冷卻微盤-波導(dǎo)的光腔機械振子體系中含有耗散和色散兩種相互作用的機械振子,而當(dāng)討論光腔機械振子中,如何避免缺陷帶來的加熱機械振子效果時,我們提出了使用周期性的σz脈沖入射到缺陷上,和不加脈沖相比,我們可以有效的消除缺陷的加熱效果,保留下之前忽略缺陷時光腔機械振子冷卻的效果。量子器件性質(zhì)的研究則是為大規(guī)模集成化使用量子器件提供基礎(chǔ)。首先我們討論了在耦合雙量子點系統(tǒng)中,通過調(diào)節(jié)外加的磁場等,可以實現(xiàn)極性可控的量子尺度的熱二極管,并且它有著很好的單向?qū)ㄐ阅?其次我們研究了小分子器件里的模式選擇問題,對于施加在分子上的外加偏置電壓做調(diào)節(jié),我們可以選擇性的激發(fā)分子里的某些特定振動頻率,這將為有效的控制分子內(nèi)部的動力學(xué)提供一種方法;最后我們探索了利用非線性的光學(xué)微腔,產(chǎn)生高效的單光子光源,這將會被使用在量子密鑰分發(fā)中用于提升量子通信的效率。
【關(guān)鍵詞】：量子體系 能量輸運 漲落耗散定理 非平衡體系熱力學(xué)定律 量子器件
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O413
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-12
• 1.1 背景介紹8-9
• 1.2 前人成果簡介9-10
• 1.2.1 開放體系問題9
• 1.2.2 量子級別的器件研究9-10
• 1.2.3 量子通信安全性10
• 1.3 文章主要內(nèi)容10-12
• 1.3.1 能量輸運的有效控制以及對應(yīng)的漲落耗散定理10-11
• 1.3.2 機械振子冷卻的研究11
• 1.3.3 微觀器件的制備及相關(guān)性質(zhì)的研究11-12
• 第2章 主要研究方法12-15
• 2.1 主方程方法12-13
• 2.2 量子跳躍方法13-14
• 2.3 量子態(tài)耗散方法14-15
• 第3章 量子能量輸運研究及漲落耗散定理15-44
• 3.1 量子體系的能量輸運研究15-22
• 3.2 漲落耗散定理22-43
• 3.2.1 推廣的熱力學(xué)第二定律22-32
• 3.2.2 非馬爾可夫下的漲落耗散定理32-43
• 3.3 本章小結(jié)43-44
• 第4章 機械振子冷卻的研究44-60
• 4.1 含有兩種相互作用的機械振子冷卻44-54
• 4.2 考慮缺陷的機械振子冷卻54-59
• 4.3 本章小結(jié)59-60
• 第5章 微觀器件的制備及相關(guān)性質(zhì)研究60-78
• 5.1 熱二極管的方案60-66
• 5.2 分子的模式選擇性激發(fā)66-76
• 5.3 單光子源的制備76
• 5.4 本章小結(jié)76-78
• 第6章 總結(jié)與展望78-80
• 參考文獻80-91
• 致謝91-93
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果93

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本文編號：1131218