本論文研究了在旋量凝聚體中調(diào)控自旋交換相互作用和利用自旋交換實現(xiàn)自旋量子態(tài)動力學制備的相關問題。首先,針對旋量凝聚體中自旋交換相互作用較弱,且容易被磁場抑制等問題,我們提出了通過周期驅(qū)動實現(xiàn)共振自旋交換的方案,即通過驅(qū)動場直接補償單粒子間自旋交換存在的能量失諧。該方案在⁸⁷Rb-²³Na旋量混合物中進行了數(shù)值驗證。我們還提出了利用腔光場與原子的耦合來誘導等效自旋交換相互作用的方案。通過設定腔光場初始為真空態(tài)和選擇合適的激光頻率與耦合強度,我們可以在自旋-1原子中實現(xiàn)相干的強度可調(diào)的自旋混和并進一步觀察系統(tǒng)的自旋動力學過程和腔耗散對系統(tǒng)的影響。最后,針對利用自旋交換實現(xiàn)自旋量子態(tài)動力學制備的問題,我們分別以雙數(shù)態(tài)和自旋-1/2壓縮態(tài)為研究對象,通過強化學習方法得到更好的制備方案。我們首先在雙數(shù)態(tài)制備問題中,初步探索了強化學習方法的使用方式,包括對狀態(tài)空間、動作空間和獎勵函數(shù)的定義。強化學習可以在小系統(tǒng)中學習到效果優(yōu)于貪心策略和絕熱掃描方法的磁場控制策略,且該策略具有良好的粒子數(shù)泛化性能和噪聲魯棒性。在自旋壓縮態(tài)制備問題中,強化學習得到了一種新的... 

【文章來源】：清華大學北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：112 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 概述
    1.2 研究背景與問題
        1.2.1 自旋交換相互作用調(diào)控
        1.2.2 自旋量子態(tài)的動力學制備
        1.2.3 動力學調(diào)控的新范式:強化學習
    1.3 論文研究內(nèi)容
第2章 基礎知識
    2.1 旋量凝聚體基礎知識
        2.1.1 旋量冷原子系統(tǒng)哈密頓量
        2.1.2 旋量凝聚體的平均場理論與單模近似
        2.1.3 兩分量玻色系統(tǒng)中的自旋壓縮
    2.2 強化學習原理簡介
        2.2.1 馬爾可夫決策過程
        2.2.2 Bellman方程與值函數(shù)
        2.2.3 強化學習算法簡介
        2.2.4 近端優(yōu)化算法PPO簡介
第3章 旋量混合物間的共振自旋交換
    3.1 周期調(diào)控方案
        3.1.1 兩粒子模型
        3.1.2 ~(23)Na-~(87)Rb旋量混合物
    3.2 其它調(diào)控方案介紹與對比
        3.2.1 Hartmann-Hahn雙共振
        3.2.2 矢量光場誘導等效磁場
        3.2.3 方案對比
    3.3 本章總結
第4章 腔光場誘導自旋交換相互作用
    4.1 自旋-1/2模型
    4.2 腔光場中的自旋-1BEC
        4.2.1 原子與光相互作用
        4.2.2 數(shù)值模擬和實驗參數(shù)討論
        4.2.3 動力學制備與腔的耗散
    4.3 本章總結
第5章 自旋-1雙數(shù)態(tài)的動力學制備
    5.1 量子最優(yōu)控制
    5.2 強化學習任務構造
    5.3 動力學制備
        5.3.1 平均場動力學
        5.3.2 量子動力學
    5.4 本章總結
第6章 基于單軸扭曲的優(yōu)化脈沖方案
    6.1 周期脈沖與雙脈沖方案
    6.2 強化學習任務構造
    6.3 基于強化學習的優(yōu)化脈沖方案
        6.3.1 強化學習策略
        6.3.2 歸納型策略
    6.4 本章總結
第7章 總結與展望
    7.1 總結
    7.2 展望
參考文獻
致謝
附錄 A 旋量混合物部分結論證明
    A.1 兩粒子有效哈密頓量推導
    A.2 控制場的二階Zeeman效應影響
    A.3 ~(23)Na-~(87)Rb混合物平均場單模近似
附錄 B 腔光場誘導自旋交換有效哈密頓量推導
    B.1 激發(fā)態(tài)絕熱消除
    B.2 有效哈密頓量推導
    B.3 光場誘導等效二階Zeeman能
附錄 C 基于強化學習的動力學調(diào)控補充內(nèi)容
    C.1 策略更新的梯度項推導
    C.2 PPO下界函數(shù)簡單推導
    C.3 歸納型策略的網(wǎng)格搜索優(yōu)化
    C.4 反鐵磁系統(tǒng)自旋單態(tài)動力學制備
個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果



本文編號：3486403