环境作用下耦合腔阵列中强关联系统的量子光学模拟及其在光子输运中的应用研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11274148
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    70.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2205.光量子物理和量子光学
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Coupled cavity arrays sytsems are potential candidates to realize quantum simulators. In recent years, this field attracted tremendous attention and exhibited rich quantum many-body phenomena. Recent experimental progress in the coupled cavity arrays has triggered an immense interest in using them as quantum simulators of many-body physics and made them become a very good candidate for a possible quantum-information processing architecture. Despite the plentiful and substantial achievements, unfortunately, most of these studies only focused on the ideal and isolated coupled cavity array cases. However, the quantum optical system is basically coupled to its external environment in the actual experiments. It is therefore needed to clarified whether the link between the ideals of cavity arrays as quantum simulators and the realistically experimental condition is hold and how the dissipation and decoherence of the matter would behave in this system.Then this project will focus on the quantum simulation of the strong correlated system and the photon transport in the driven coupled cavity array attached to its environments. As the coupling between the system and the environment gives rise to great hurdles to fully describe the properties of the system, we first introduce a new kind of quasi-bosons approach to eliminate the coordinates of the bath and redescribe the system via an effective Hamiltonian. The requirements to realize analogs of Jaynes-Cummings-Hubbard model, Tavis-Cummings and Dicke-Bose-Hubbard model are conducted systematically. Then the dynamics of this system based on these models is solved analytically and numerically to investigate the effects of the controlling parameters, dissipation, decoherence, detunings, coupling strength, pump strength and finite temperatures on the strong-correlated effects. The photon transport in the dissipative coupled cavity array will also be investigated. Our research may open up a wealth of possibilities for pronounced understanding the mechanism of the strong-correlated effects in the array of coupled cavity systems considering the dissipation conveniently. Furthermore, it is not limited to certain implementations and can also be generalized to treat dynamical problems and atomic dissipation. We expect that our approach could be beyond the scope of this work and provide a starting point for discussing more complicated situations, such as quantum information and quantum control.
用耦合腔阵列体系量子模拟强关联系统是近年备受关注的热点,但大部分研究都是基于理想的孤立系统,而环境作用下耗散耦合腔阵列体系中强关联系统的量子光学模拟研究工作甚少,物理机制尚待探究。本项目拟开展激光驱动和环境作用下耦合腔阵列中强关联系统的量子光学模拟及其在光子输运中的理论研究。项目拟采用准玻色图像消除环境的自由度并给出重整化的有效哈密顿量,系统地探索在不同参数条件下与Jaynes-Cummings-Hubbard、Tavis-Cumings 和 Dicke-Bose-Hubbard模型的对应,从动力学角度确定强关联效应的发生及其与失谐、耦合强度、驱动光频、原子自发辐射、腔场耗散等参数的关系,并在此基础上研究该体系中的光子输运。本项目的理论研究对于认识环境作用下耦合腔阵列体系量子模拟强关联多体系统的物理机制具有重要意义,并可为量子信息科学、超冷原子体系的量子调控提供理论依据。

结项摘要

量子模拟是量子信息科学的一个前沿研究领域,用耦合腔阵列耦合超冷原子体系量子模拟强关联系统已成为近年备受关注的热点前沿之一。大部分研究都是基于理想情况下的孤立系统,而环境作用下该体系中强关联系统的量子光学模拟研究工作甚少,物理机制尚待探究。项目开展了该体系中强关联系统的量子光学模拟及其光子输运中的理论研究。采用准玻色图像消除环境的自由度并给出重整化的哈密顿量,系统地探索了不同参数条件下体系与 Jaynes-Cummings-、Tavis-Cumings- 和 Dicke-Bose-Hubbard 模型的对应,确定了体系的超流-Mott绝缘相变和光子输运性质与体系控制参数的关系。研究结果表明:.(1)环境引起的耗散导致体系序参量随时间衰减,使得超流态体系局域化,而更大的遂穿率才能让绝缘态的耗散体系产生长程相干;当原子数目增大时,体系趋于经典。.(2)环境引起的耗散和有限温度效应使系统从超流态转变为绝缘态;原子间偶极耦合强度越大,超流态转变为绝缘态的相变临界时间也越大。.(3)双光子过程比单光子过程具有更大的耗散率,系统维持长程相干的时间更短,而重铸相干的遂穿率的临界值更大;调节失谐可以改变腔间的有效排斥势和系统的临界隧穿率,实现系统在超流态和绝缘态之间转变。.(4)可通过调节经典驱动场的关闭来控制光子的传输,三能级原子可以用来做更髙级的量子开关。光子在共振频率附近的不完全反射主要是由原子的耗散引起的,不完全透射主要是由腔场的耗散引起。.(5)原子耗散和腔场耗散都能使反射率峰值降低,但原子耗散影响较大;对于环境作用下的体系,通过调节原子和腔场之间的失谐以及驱动量子化腔场的光子数仍可使单光子接近全反射。. 本项目的理论研究对于认识耗散耦合腔阵列体系量子模拟强关联多体系统的物理机制具有重要意义,并可为量子信息科学、超冷原子体系的量子调控提供理论依据。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Electromagnetically induced transparency of single Lambda-type three-level atoms in a high-finesse optical cavity
高精细光学腔中单个 Lambda 型三能级原子的电磁诱导透明度
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    Chinese Physics B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Sun Yan-Fen;Tan Lei;Xu Yan
  • 通讯作者:
    Xu Yan
耗散耦合腔阵列耦合量子化腔场驱动三能级体系中的单光 输运
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Acta Phys. Sin (Accepted)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孔维龙;吴仁存;张文轩;谭磊
  • 通讯作者:
    谭磊
Effects of dipole-dipole interaction on the transmitted spectrum of two-level atoms trapped in an optical cavity
偶极-偶极相互作用对光腔中两能级原子透射光谱的影响
  • DOI:
    10.1103/physreva.89.043838
  • 发表时间:
    2012-07
  • 期刊:
    Physical Review A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Zhang, Yu-Qing;Tan, Lei;Barker, Peter
  • 通讯作者:
    Barker, Peter
the theory of single photon scattering by a three-level atom in a disspative coupled caviyt arrays
耗散耦合腔阵列中三能级原子的单光子散射理论
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    European Physical Journal D
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Jin-Shan Feng;Jia Bao;Chun-Hai Lv;Bin Wang
  • 通讯作者:
    Bin Wang
失谐对耗散耦合腔阵列体系超流-绝缘相变的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Acta Physica Sinica
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    鲍佳;谭磊
  • 通讯作者:
    谭磊

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  • 通讯作者:
    马卫明
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    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 发表时间:
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  • 作者:
    杨伐;谭磊;吴荣新;张平松
  • 通讯作者:
    张平松

其他文献

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基于超冷Rydberg原子耦合微腔阵列量子模拟多体问题和光子输运的研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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