光學腔與費米氣體耦合系統的相變研究

《光學腔與費米氣體耦合系統的相變研究》是依託山西大學，由郭利平擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：光學腔與費米氣體耦合系統的相變研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：郭利平
• 依託單位：山西大學

項目摘要

冷原子氣體的相變在多體量子系統中占據著重要的位置，其中單分量或高自旋玻色氣體的相變已經做了大量的研究，而近期實驗上費米氣體在光晶格中絕緣態的實現再次引起了人們對費米氣體相變的高度重視。本項目研究腔和費米氣體耦合系統，主要藉助費米氣體量子相和腔的透射光的關係展開研究。與腔耦合的冷原子氣體為我們提供了前所未有的可控制自由度，如原子能級，光場和原子作用強度等很多現象可以在腔中操控。我們選擇腔和費米氣體耦合系統作為研究對象，結合目前冷原子與腔的關聯效應，研究費米氣體處於不同量子態對光場的影響，如光子數隨探測光頻率的分布、噪聲特點等，同時套用計算機數值方法對其中相關物理問題進行研究。從而在理論上我們將給出不同費米氣體量子態與透射光分布的對應關係，以指導實驗中對其的探測。本項目的研究對費米氣體相變探測的發展有創新性的理論科學價值，預期會對費米氣體量子特性研究產生較大的影響。

結題摘要

冷原子氣體奇異相研究是量子調控領域的熱點之一，始終處於國際科學研究前沿領域。本項目主要圍繞冷原子氣體以及光與冷原子耦合系統的物理特性進行了研究。我們的主要工作包括：（1）利用密度泛函理論研究了一維簡諧勢阱中的玻色費米混合氣體、自旋-1旋量凝聚體的基態性質，為實驗上觀察玻色費米混合氣體的相分離和旋量玻色氣體中奇異的單體配對現象提供了理論基礎；（2）在考慮粒子間的在位相互作用和近鄰相互作用的一維光晶格中，研究了兩個全同的任意子在連續時間的量子行走，該研究在量子信息處理、算法設計以及量子計算機方面將有著很好的套用前景；（3）在非旋波近似下,研究得到了 Two-Qubit 量子拉比模型與不均勻的單模光場耦合的解析解及含時演化的崩塌和復甦現象;（4）分別利用微擾理論和精確對角化研究了一維超晶格中最近鄰格點間的關聯函式，在此基礎上進一步利用 TEBD 數值方法模擬了一維的超晶格中在不同阱深時粒子空穴對的關聯性質，為實驗上探測超晶格中冷原子量子特性提供了理論依據；（5）研究了中心有耗散的非厄米的三阱開放系統的動力學，發現了損耗因子、相互作用等物理量對耗散系統幾率演化的影響，為非厄米的量子系統的研究提供了理論依據。 本項目已按計畫完成。自承擔項目以來，我們已在國際學術期刊 Phys. Rev. A 上發表論文3篇，其它工作成果已基本完成，相關論文預期在2015年發表。項目研究對我們進一步認識冷原子氣體的量子特性、探索量子多體物理的基本模型具有重要意義，對冷原子物理的發展有創新性的理論科學價值。