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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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11874190
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 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:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The area of quantum simulation many-body physics based on the system of the coupled cavity array assisted with ultracooled atoms has triggered an immense interest in recent years. Despite the plentiful and substantial achievements, unfortunately, most of these studies only focused on the short-range interaction cases. However, the cases of considering the long-range interaction between atoms are absent. It will be interesting to further investigate how the unique advantages of the long-range interaction can be harnessed for the purpose of quantum simulations and studying photon transport and photon router. Then the quantum simulation of many-body phenomena and its robustness, the photon transport/router in an array of driven dissipative nonlinear cavities embedded with long-range interaction Rydberg atoms are focused in this project. As the coupling between the large system and the environment gives rise to great hurdles to fully describe the properties, our research will based on the quasi-bosons approach to eliminate the coordinates of the bath and redescribe the system via an effective Hamiltonian. The requirements to realize different strong-correlated models with Rydberg atoms coupled to the coupled cavity array with dissipation are conducted systematically. Then the dynamics of this system based on these models is solved analytically and numerically using the method of quantum Monte Carlo simulations to investigate the effects of the controlling parameters, dissipation, decoherence, detunings, long-range interaction coupling strength, pump strength and finite temperatures on the strong-correlated effects and the photon transport and photon router. Our research may open up a wealth of possibilities for pronounced understanding the mechanism of the strong correlated effects and its robustness in the driven dissipative array of coupled cavity systems with long-range interaction conveniently. We expect that our approach could be beyond the scope of previous work and provide a starting point for discussing more complicated situations, such as quantum information and quantum control.
基于超冷原子耦合微腔阵列体系量子模拟多体问题是近年备受关注的热点之一,但是考虑原子间长程相互作用的研究工作甚少,物理机制尚待探究。本项目拟基于光场驱动和环境作用下超冷Rydberg原子耦合微腔阵列体系开展量子模拟多体问题、光子输运和光子路由器实现的理论研究,系统地探讨新奇量子相的发生条件及其roubustness、反射谱和透射谱与失谐、Rydberg原子之间长程相互作用强度、Rydberg原子-光场耦合强度、耗散等控制参数的关系。本项目的研究对于认识环境作用下长程作用Rydberg原子耦合腔阵列体系量子模拟强关联多体系统的物理机制及其robustness具有重要意义,同时可为量子信息科学、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热点研究领域之一,但基于腔阵列耦合超冷原子体系开展的大部分研究工作都不计及原子间的长程相互作用,其规律和机制缺乏深入探究。项目依托超冷Rydberg原子耦合微腔阵列体系构建了不同的理论模型,采用解析求解和蒙特卡洛数值求解相结合的方法开展了量子多体问题的光学模拟及其光子输运的理论研究,系统地探究了长程相互作用强度、原子-光场耦合强度、失谐、有限温度和耗散等控制参数调控量子相变和光子输运的物理规律和相应的机制。研究结果表明:. (1) 原子间长程相互作用对EJCH模型的量子相变有重要影响,可导致体系产生新奇量子相。对于确定温度下的一维情况,大尺寸体系可出现稳定的莫特绝缘相和超流相,而强的偶极-偶极相互作用可导致小尺寸的体系出现不稳定的密度波相。 对于确定温度下的二维正方晶格,弱偶极-偶极相互作用可导致系统出现棋盘相和超流相;但在强偶极-偶极相互作用下,体系可存在涨落和尺寸依赖性小的稳定超固相;. (2) 显著的光力学耦合强度使得有效的格点排斥势发生改变,导致高激发数的莫特绝缘相消失;腔光子-磁子耦合强度的增大可使 Mott 叶的稳定区域受到压缩,有利于体系相干;质心运动的JCH模型可出现莫特绝缘相,非相干振动相,超流相和相干振动相四种量子相;. (3) 调控长程相互作用可使体系发生拓扑相变,产生缠绕数为2的拓扑相;改变长程相互作用可使末态等概率的占据在多个格点,形成拓扑路由器;. (4) 偶极-偶极相互作用会导致弱隧穿极限下低密度 EJCH模型的中间态更接近可积点;费米近似后的JCH模型是近可积的并且不能热化;当光子的隧穿强度与光子-原子的耦合强度在同一量级时,JCH 系统在共振情况下出现量子混沌现象并且满足本征态热化假设;. (5) 调控里德堡相互作用可实现三种不同频率光子量子路由;耗散会降低转移谱的峰值和全透射谱的峰值,对全反射谱的峰产生非对称影响;. (6) 里德堡相互作用会使系统出现由能级非线性导致的常规光子阻塞效应和由不同路径之间的量子干涉导致的非常规光子阻塞效应。. 本项目的理论研究成果对于认识超冷Rydberg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(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Quantum router modulated by the dipole-dipole interaction in a X-shaped coupled cavity array
X 形耦合腔阵列中偶极子-偶极子相互作用调制的量子路由器
  • DOI:
    10.1140/epjd/e2019-100111-5
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    The European Physical Journal D
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xi-Xi Bao;Gang-Feng Guo;Lei Tan
  • 通讯作者:
    Lei Tan
Eigenstate thermalization and quantum chaos in the Jaynes–Cummings Hubbard model
Jaynes-Cummings Hubbard 模型中的本征态热化和量子混沌
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Physica Scripta
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Qing Li;Jin-Lou Ma;Lei Tan
  • 通讯作者:
    Lei Tan
Superfluid–Mott-insulator quantum phase transition in a cavity optomagnonic system
腔光磁系统中的超流体-莫特绝缘体量子相变
  • DOI:
    10.1103/physreva.105.043705
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Physical Review A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Qian Cao;Lei Tan;Wu-Ming Liu
  • 通讯作者:
    Wu-Ming Liu
The topological criticality in disordered non-Hermitian system
无序非厄米系统的拓扑临界性
  • DOI:
    10.1088/1361-648x/abee3d
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Physics: Condensed Matter
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xi-Xi Bao;Gang-Feng Guo;Xue-Peng Du;Huai-Qiang Gu;Lei Tan
  • 通讯作者:
    Lei Tan
Non-Hermitian bulk-boundary correspondence and singular behaviors of generalized Brillouin zone
广义布里渊区的非厄米体边界对应和奇异行为
  • DOI:
    10.1088/1367-2630/ac38ce
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    New Journal of Physics
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Gang-Feng Guo;Xi-Xi Bao;Lei Tan
  • 通讯作者:
    Lei Tan

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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    马卫明
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    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    李彦慧;朱东;李昱瑛;赵天昊;曹宗冰;谭磊
  • 通讯作者:
    谭磊
新城疫病毒LaSotaC5株感染性克隆的构建及病毒拯救
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    汪军卿;张向乐;孟春春;仇旭升;孙英杰;谭磊;宋翠萍;丁铲
  • 通讯作者:
    丁铲
Tibial plateau fractures (AO type B3) combined with tibial tubercle fracture: Case report and review of the literature.
胫骨平台骨折(AO B3型)合并胫骨结节骨折:病例报告并文献复习。
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Medicine
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    谭磊;朱东
  • 通讯作者:
    朱东

其他文献

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谭磊的其他基金

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
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AI项目解读示例

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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