本文選題：超冷原子　切入點：量子模擬　出處：《中國科學技術(shù)大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：由于希爾伯特空間的維度隨著粒子數(shù)的增加而指數(shù)增長,經(jīng)典計算機在模擬量子多體系統(tǒng)時運算速度將隨著粒子數(shù)的增加指數(shù)變慢。早在1982年,著名物理學家理查德·費曼就提出可以通過構(gòu)建量子模擬器來解決這個問題。另一方面,從1985年開始,朱棣文、克洛德·科恩-塔諾季和威廉·菲利普斯等人發(fā)展的激光冷卻和捕獲原子技術(shù)導致了埃里克·康奈爾、卡爾·維曼和沃夫?qū)た颂乩盏热嗽?995年實現(xiàn)了稀薄原子氣體的玻色愛因斯坦凝聚,從而使在超冷原子氣體中對新奇量子效應的研究成為可能。由于高度純凈和優(yōu)越的可控性,超冷原子氣是量子模擬的一個理想平臺。目前,一門以超冷原子相關(guān)物理為研究對象的學科——超冷原子物理已經(jīng)逐步發(fā)展起來了,而其中一個重要的課題就是利用超冷原子構(gòu)建量子模擬器。超冷原子物理是一門理論研究與實驗研究緊密相關(guān)的學科。近年來,隨著實驗技術(shù)的不斷突破,超冷原子物理的研究深度和廣度都在不斷增加。在原子系統(tǒng)方面,人們于2003年實現(xiàn)了費米原子氣的凝聚,于2014年實現(xiàn)了玻色費米超流的混合。在原子間相互作用方面,人們于1998年觀察到了玻色愛因斯坦凝聚中的Feshbach共振,于2015年實現(xiàn)類堿土金屬原子的軌道Feshbach共振。在原子外勢場方面,人們于2005年成功將超冷原子氣放入周期光晶格中,于2007年實現(xiàn)光學腔內(nèi)的超冷原子氣。在人工規(guī)范場方面,人們于2011年觀測到在一維自旋軌道耦合效應,于2015年觀測到了二維自旋軌道耦合效應。這些實驗進展相互交織滲透,極大地豐富了基于超冷原子的量子模擬的工具箱,同時推動著一波又一波的理論研究熱潮�；谧钚碌膶嶒炦M展,本文提出并系統(tǒng)研究了若干有特殊意義的量子模擬模型。具體的研究工作如下:1、簡并費米氣中的拓撲超輻射態(tài)基于最近光腔內(nèi)超冷原子氣方面的實驗進展,我們針對簡并費米氣體提出了一個光學腔輔助的自旋軌道耦合模型。我們預言在這個模型中會出現(xiàn)非平庸拓撲不變量和非零的局域序參量共存的狀態(tài)——拓撲超輻射態(tài)。我們系統(tǒng)地刻畫了這個模型的穩(wěn)態(tài)相圖,揭示了光場強度、氣體密度分布等參量與體能隙、拓撲不變量等拓撲相變參數(shù)間的相互聯(lián)系,并依此提出拓撲超輻射態(tài)和相關(guān)相變的探測方案。與此同時,我們還仔細地分析這個模型中由拉曼場誘導的高帶效應。2、二維自旋軌道耦合光晶格中的玻色愛因斯坦凝聚在這個工作中,我們系統(tǒng)地刻畫了最近在光晶格中實現(xiàn)的二維自旋軌道耦合玻色愛因斯坦凝聚的基本性質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn),由拉曼場引起的帶間耦合會強烈地影響系統(tǒng)的基態(tài)和能帶拓撲相圖。特別地,高帶效應會在基態(tài)相圖和能帶拓撲相圖中引起新的相邊界。進一步,利用Bogoliubov理論,我們分析了該系統(tǒng)的激發(fā)譜性質(zhì)。在激發(fā)譜的能帶拓撲相圖中,相比單粒子能帶拓撲相圖,我們還在零塞曼場附近發(fā)現(xiàn)了一個有趣的精細結(jié)構(gòu)。最后,通過將高能帶絕熱消除掉,我們導出了一個包含高帶修正的有效雙帶模型。3、基于類堿土金屬超冷原子氣的對稱保護拓撲態(tài)和拓撲Fulde-Ferrell態(tài)的量子模擬基于最近關(guān)于軌道Feshbach共振的實驗進展,我們基于類堿土金屬超冷原子氣提出了一個能夠?qū)崿F(xiàn)相互作用費米型對稱保護拓撲態(tài)的方案。我們證明,在一維類堿土金屬超冷原子氣中,通過將軌道上的拉曼輔助自旋軌道耦合和自旋交換相互作用結(jié)合,可以獲得相互作用費米型對稱保護拓撲態(tài)�；跀�(shù)值模擬,我們證明了一個相互作用誘導的拓撲相變,并繪制了系統(tǒng)的基態(tài)相圖。最后,我們建議通過測量邊緣態(tài)的局域密度來探測相互作用誘導的拓撲相變。另外,我們還提出了拓撲Fulde-Ferrell態(tài)基于類堿土金屬超冷原子氣的量子模擬方案。為獲得自旋軌道耦合,我們提出用兩束激光直接將兩組軌道間超精細態(tài)耦合起來。通過刻畫系統(tǒng)的Zak相位和邊緣態(tài),我們證明自旋軌道耦合和配對相互作用的相互影響會導致一個非平庸的拓撲Fulde-Ferrell態(tài)。在實驗上,人們可以利用原子氣的時間飛行成像來探測這個Fulde-Ferrell態(tài)。4、玻色費米混合中的渦核結(jié)構(gòu)基于最新實驗進展,我們研究了玻色費米超流混合中單渦旋態(tài)的性質(zhì)。由于其豐富的結(jié)構(gòu),我們主要聚焦于混合氣中費米成分的量子渦旋態(tài)。我們發(fā)現(xiàn),隨著玻色費米之間的耦合增強,渦核會通過一個急劇的轉(zhuǎn)變。在強耦合區(qū)域,玻色成分會完全局域在渦核中,因而渦旋態(tài)的很多性質(zhì)會發(fā)生定性的變化。我們系統(tǒng)地刻畫了在整個費米相互作用的BCS到BEC區(qū)間渦核結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變行為。在共振和BEC區(qū)間,作為玻色成分局域化的一個結(jié)果,我們發(fā)現(xiàn)從體能譜中衍生了多支渦核態(tài)。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O469

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 Lene V.Hau ,侯春風;用冷原子駕馭光[J];世界科學;2002年06期

2 江開軍 ,李可 ,王謹 ,李津蕊 ,詹明生;冷原子的橫向推載與探測[J];原子與分子物理學報;2004年S1期

3 ;第二屆中國科學院冷原子物理國際學術(shù)研討會通知[J];光學學報;2006年05期

4 馬杰;韓燕旭;王波;王海;;測量冷原子溫度的理論與近似擬合公式的誤差分析[J];量子光學學報;2006年02期

5 ;第二屆中國科學院冷原子物理國際學術(shù)研討會通知[J];光學學報;2006年06期

6 于肇賢;;超冷原子在含時磁場共振條件下的幾何相因子[J];北京信息科技大學學報(自然科學版);2011年05期

7 羅坤;潘小青;周琦;陸俊發(fā);;一種新穎的操控冷原子的組合雙光學阱方案[J];江西科學;2011年06期

8 馬紅玉;韓一平;;高頻原子波導中冷原子的磁導引[J];強激光與粒子束;2012年07期

9 王義遒;;激光致冷和冷原子的應用[J];物理教學;2009年01期

10 羅有華,李明哲,王育竹;載流金屬網(wǎng)格中冷原子的動力學行為[J];量子光學學報;2002年S1期

相關(guān)會議論文 前10條

1 朱詩亮;;基于冷原子的量子模擬[A];第十五屆全國量子光學學術(shù)報告會報告摘要集[C];2012年

2 羅有華;李明哲;王育竹;;載流金屬網(wǎng)格中冷原子的動力學行為[A];第十屆全國量子光學學術(shù)報告會論文論文集[C];2002年

3 周小計;熊煒;劉新星;樂旭廣;陳徐宗;;駐波脈沖對超冷原子的相干操控[A];第十六屆全國原子與分子物理學術(shù)會議論文摘要集[C];2011年

4 李義民;付軍賢;陳徐宗;楊東海;王義遒;;銫冷原子吸收譜的實驗觀察[A];第八屆全國量子光學學術(shù)報告會論文摘要選[C];1998年

5 劉伍明;;冷原子物理研究進展[A];第十五屆全國原子與分子物理學術(shù)會議論文摘要集[C];2009年

6 朱詩亮;;冷原子有效規(guī)范勢的產(chǎn)生和應用[A];第十三屆全國量子光學學術(shù)報告會論文摘要集[C];2008年

7 楊紅;楊柳;王曉暢;吳金輝;;冷原子系統(tǒng)中的四波混頻增益和分布反饋激光[A];第十五屆全國量子光學學術(shù)報告會報告摘要集[C];2012年

8 顏輝;杜炎雄;張智明;;在冷原子系綜中產(chǎn)生超糾纏窄線寬光子對[A];全國光電子與量子電子學技術(shù)大會論文集[C];2011年

9 紀憲明;印建平;;實現(xiàn)冷原子或冷分子囚禁的可控制光學雙阱及其光學晶格[A];第十一屆全國量子光學學術(shù)會議論文摘要集[C];2004年

10 張巖;吳金輝;;密度不均勻冷原子介質(zhì)的相干調(diào)制穩(wěn)態(tài)和動態(tài)光學特性[A];第十四屆全國量子光學學術(shù)報告會報告摘要集[C];2010年

相關(guān)重要報紙文章 前7條

1 記者 李山;冷原子系統(tǒng)中觀測到巨型量子三體態(tài)[N];科技日報;2014年

2 記者 代群;中國刷新冷原子量子存儲世界紀錄[N];人民日報海外版;2009年

3 記者 桂運安;超冷原子量子模擬實現(xiàn)重要突破[N];安徽日報;2014年

4 劉霞;瑞士開發(fā)出“冷原子熱電系統(tǒng)”模型[N];科技日報;2013年

5 記者 李陳續(xù)　通訊員 楊保國;我科學家刷新冷原子量子存儲世界紀錄[N];光明日報;2009年

6 朱廣菁;冷原子源自愛因斯坦預言[N];大眾科技報;2008年

7 記者 沈佳;國家重大科學研究計劃項目我省啟動[N];山西日報;2012年

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 何天琛;周期驅(qū)動作用下的冷原子量子動力學的理論研究[D];山西大學;2015年

2 姜艷;冷原子系綜內(nèi)單量子態(tài)相干操控[D];中國科學技術(shù)大學;2016年

3 譚金桃;混沌輔助的冷原子量子輸運[D];湖南師范大學;2016年

4 韓枝光;冷原子系統(tǒng)及窄線寬光子對的產(chǎn)生與調(diào)控研究[D];華東師范大學;2017年

5 潘建松;基于超冷原子的量子模擬研究[D];中國科學技術(shù)大學;2017年

6 江曉;冷原子量子存儲中的激光穩(wěn)頻與鎖相技術(shù)[D];中國科學技術(shù)大學;2009年

7 郭利平;光晶格中兩分量冷原子量子相變的研究[D];山西大學;2009年

8 劉洋;冷原子體系在量子信息中的應用[D];中國科學技術(shù)大學;2012年

9 趙興東;光晶格中超冷原子系綜的動力學性質(zhì)[D];華東師范大學;2010年

10 周晶;超冷原子系統(tǒng)物理性質(zhì)研究[D];中國科學技術(shù)大學;2012年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 劉衛(wèi)永;可移動冷原子重力儀環(huán)境適應性研究[D];浙江大學;2015年

2 張?zhí)鞂?有限溫度下的低維費米冷原子氣研究[D];浙江師范大學;2015年

3 李靈;冷原子光晶格拓撲半金屬的研究[D];河北科技大學;2015年

4 鄒鵬飛;冷原子干涉儀的理論建模與誤差分析[D];國防科學技術(shù)大學;2013年

5 王冰路;超冷原子在光阱中的隧穿行為[D];河北師范大學;2016年

6 陳洋;冷原子體系中弱光超慢光孤子的存儲與讀取研究[D];華東師范大學;2016年

7 曹榮;在冷原子中利用讀寫機制產(chǎn)生單光子源[D];華東師范大學;2016年

8 王季;雙阱超冷原子—分子轉(zhuǎn)化系統(tǒng)能級結(jié)構(gòu)和布居數(shù)的對稱性破缺[D];遼寧大學;2016年

9 王亞瓊;重力對冷原子磁阱裝載的實驗研究[D];山西大學;2016年

10 樊浩;冷原子磁阱的設計與實現(xiàn)[D];山西大學;2016年

，

本文編號：1578857