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本文致力于强驱动量子开系统的理论研究,主要分为两个方面。一方面是强驱动二能级系统的荧光与探测吸收的非旋转波近似理论。另一方面是强驱动对开放量子系统退相干动力学的影响。如今人们已可通过人造原子技术在实验上实现强驱动物理过程。我们知道,在强驱动情形下旋转波近似(rotating-wave approximation—–RWA)不成立,应当考虑驱动反旋项的贡献。因此,有必要发展相应的适用于强驱动的非旋转波近似的解析理论。本文针对上述两方面的内容开展了相应的理论研究,编排为六个章节。 在第一章中,我们介绍本文相关研究领域的背景知识,包括驱动量子系统的基本理论模型、驱动量子开系统的唯象描述以及经典处理方法:旋转波近似、弗洛凯定理(Floquet theorem)、马尔可夫主方程等。 在第二章中,介绍处理半经典驱动模型的幺正变换解析方法,利用该方法求解布洛赫-西格特移动(Bloch-Siegert shift)。通过与精确数值结果作对比,我们验证了所用的解析方法有效地计入了驱动反旋项的效应。我们发现基于幺正变换的方法可给出任意驱动强度下几乎精确的布洛赫-西格特移动。在超强驱动情形下,我们的方法给出了比前人经典解析方法更为准确的结果。此外,我们求解了非旋转波近似下的标准光学布洛赫方程并给出了布洛赫-西格特移动的可观测效应。 在第三章中,我们将幺正变换与玻恩-马尔可夫主方程相结合,系统地研究单色光驱动下二能级系统的共振荧光与探测吸收现象。得益于幺正变换,我们无需引入旋转波近似,但是仍然保留了旋转波近似下简单的数学形式,得到了改良的光学布洛赫方程。我们给出了描述荧光和探测吸收现象的较为直观的解析表达式,清楚地反映了驱动反旋项所引起的谱特性:(i)谱线的非对称性;(ii)在驱动频率奇数倍处出现高阶谱线;(iii)边带的频率移动。 在第四章中,我们研究驱动二能级系统与欧姆型耗散库相互作用的耗散动力学。将处理驱动的幺正变换与类极化子变换相结合,我们提出了用于处理驱动自旋-玻色子模型(driven spin-boson model)的新解析方案。该方案的思路是利用新构造的幺正变换尽可能地将驱动反旋项以及耗散相互作用的反旋项的重要贡献计入到有效哈密顿量中,并且通过适当地选取幺正变换中引入的两类参量的形式,容易构造具有旋转波形式的有效哈密量。此外,选取特定的参量组合,我们得到了一种只计入驱动反旋项的方法与另一种只计入耗散反旋项的方法。包括完全的旋转波近似方法,我们系统地研究了四种方法的区别,揭示了驱动反旋项与耗散反旋项的效应。通过计算二能级系统的布居数差(population difference)与相干性(coherence),我们揭示了以下三点:(i)在共振强驱动情形下,考虑了两类反旋项的理论结果表明系统的驰豫与退相位过程较其他作了旋转波近似的理论预言要慢得多。(ii)在非共振强驱动情形下,我们研究了耗散对隧穿的相干破坏的影响。同时计入两类反旋项之后,在特定驱动条件下,系统可停留在初始状态一段很长的时间。(iii)基于新幺正变换的方法较弗洛凯-玻恩-马尔可夫(Floquet-Born-Markov)主方程方法的改进之处。 在第五章中,我们研究驱动二能级系统与超欧姆型纯退相位(pure dephasing)环境耦合的量子动力学。利用两种幺正变换,我们构造了近似哈密顿量,计入了驱动反旋项的效应以及系统与环境耦合中的部分高阶项。我们导出了二能级系统的非马尔可夫(non-Markov)主方程及其解析解。在强驱动情形下,我们发现非马尔可夫主方程与马尔可夫主方程只存在细微定量差别而在定性上一致。该结果归因于驱动反旋项的效应,它在适当驱动强度下可有效地降低系统与退相位环境的耦合强度。我们的主方程自然地计入了兰姆移动的效应,给出了拉比(Rabi)振荡频率以及布洛赫-西格特移动的重整化现象。在固定驱动强度下,两者均随系统与环境的耦合强度的增加而减小。 在第六章中,我们总结本文的结果并给出展望。