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量子自旋系统在有量子计算、量子通信和凝聚态物理等广泛领域具有重要意义。值得注意的是,在植物光合作用物理机制研究过程中,人们可以用量子自旋系统来模拟色团的性质,揭示系统中存在的量子效应,这更进一步激发了人们对于光合作用过程中量子相干性作用的研究。本文研究三个耦合的自旋1/2粒子系统的量子动力学,基于该最简单的多体系统,它展现出了多体系统中所具有的复杂性如布局数的多频振荡等特性.具体而言,本文主要研究三体自旋1/2系统的激发布局数的动力学,粒子间的纠缠动力学,体系的自旋压缩特性及量子热化等问题。本文获得的主要创新研究结果如下.
1、研究了三个耦合的自旋1/2粒子体系的量子纠缠性.我们研究了系统的初态对激发数布局和量子相干性动力学的影响.表明当第一个自旋或第二个自旋初始处于激发态时,系统的激发数布局和量子相干性的动力学演化表现出双频演化.发现第一个自旋和第二个自旋的最大初始纠缠态可导致系统双频率演化的消失,这种系统双频率演化的消失可以理解为是第一个自旋和第二个自旋的初始纠缠所导致的一种量子相干效应.在系统的初态是W态的情况下,发现通过适当调节系统的特征参数,可使得W态作为系统本征态之一,从而实现在系统的动力学演化过程中初始纠缠不随时间改变.
2、研究了三个耦合的自旋1/2粒子体系的自旋压缩特性。首先我们研究了惯性系中自旋压缩系数随时间及量子相变参量的变化关系,发现自旋压缩系数随时间的周期性变化,以及对量子相变参量所展现出的依赖关系。发现在量子相变点处,自旋压缩系数表现出突变现象.其次,我们研究了非惯性系中的耦合三自旋系统的自旋压缩特性.表明当系统中一个自旋加速以后,该粒子的加速度影响系统的自旋压缩系数.发现在自旋压缩系数大于1的区域内,粒子的加速度越大,体系的自旋压缩系数越小;在自旋压缩系数在小于1的区域内,粒子的加速度越大,体系的自旋压缩系数越大。这表明一个自旋的加速可降低耦合三自旋系统的自旋压缩.
3、研究了三个耦合的自旋1/2粒子体系的量子热化问题。我们表明当三个耦合的自旋处于具有相同温度的三个独立热库时,系统可以热化,且热化温度等于独立热库的温度;当三个耦合的自旋处于具有不相同温度的三个独立热库时,系统通常不能被热化,但在适当条件下,可以通过调节系统的量子相变参数,系统可能实现量子热化,我们获得了实现量子热化的条件。