一维量子散射系统中的动力学研究

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近年来,随着量子力学应用研究的迅速发展,人们已经能够通过量子模拟手段即利用人工可调控的量子系统去模拟待研究的量子系统,探究当前实验条件下难以观测和计算的物理现象,例如用光晶格与耦合腔阵列等系统来模拟传统凝聚态物理中的强关联系统,最终在这些可控系统中达到制备、传输和控制量子态的目的。在制备、传输和控制量子态的过程中,人们对于厄米体系中粒子在化学势作用下的动力学行为已经完成了基本的运算和分析。然而,当Bender等人提出狄拉克厄米性并非实数能谱和幺正的时间演化的必要条件时,人们发现系统哈密顿量中的相互作用势可以由实数域延扩到复数域,依旧不改变其能谱的实数性。由此,非厄米系统便引起了人们广泛的关注与兴趣。众所周知,厄米系统往往描述和外界没有任何联系的封闭独立系统,是一个理想的物理模型。但对于万物间相互联系、相互作用的真实世界,引入等效的非厄米哈密顿量才能更加简单直接地描述出外部环境对研究者所关心的系统的影响。其中,系统内的非厄米性有着多种特殊的引入方案,包括引入虚数势和非对称的耦合项。随着技术手段的成熟,人们已经能够在实验室中成功模拟出非厄米哈密顿量。由此,非厄米量子体系的探究与发展为量子信息输运装置多元化、可控化提供了可能。基于此,本文旨在量子力学框架下研究厄米与非厄米系统中单粒子紧束缚模型的动力学特性及其模拟,主要由以下三部分组成:1.单粒子紧束缚模型的特性是实现本文相关运算的前提条件。在厄米系统中的紧束缚链和紧束缚环模型上引入在位势,通过计算单粒子波包的本征能量及其本征态,研究在位势作用下单粒子紧束缚模型的动力学行为。2.基于紧束缚环与紧束缚链模型的特点,通过矩阵中基矢对称反对称的变换实现环与链之间的转化,加深对紧束缚模型的认识。3.在非厄米哈密顿量的作用下,单粒子紧束缚模型的动力学特征由波包的透射率和反射率决定,并且可以通过数值模拟展开分析和讨论。以无限长的单链为基础,通过对非对称耦合腔内的虚数势及腔内格点间不等幅跳跃的调控,观察并分析单粒子波包入射至非厄米散射中心后在特定参数下实现的信息单向输运。进一步研究发现,非对称耦合结构的非厄米散射中心在不同情况下能够诱导粒子波包发生共振穿透,这种粒子波包的单通性特征为量子信息的输运提供了方案。
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