耦合腔系统中的宇称时间对称相变与单光子传输

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自从1998年宇称时间对称(PT对称)量子理论提出以来,吸引了众多学者的研究兴趣。在量子力学中厄米算符的本征值为实数,而PT对称理论证明了非厄米系统的哈密顿量也存在实数的本征值。当适当调制体系的参数时,体系发生了PT相变,会出现PT对称性破缺,系统的本征值变为复数。自然界中完全的PT对称系统并不存在,但可以用物理学的方法模拟PT对称系统。目前关于PT对称的研究在理论和实验上都有了一定的进展,对非厄米系统的研究有很大的帮助,使得非厄米量子力学飞速发展。本论文对两体和三体耦合腔阵列的PT对称性进行研究。主要讨论了PT对称的两体耦合腔和三体耦合腔的PT相变,和单光子在PT对称耦合腔阵列中的传输问题。通过对耦合腔阵列哈密顿量的本征值和本征态的计算,找出体系的PT对称相变点,讨论系统PT对称的动力学性质。对于单光子传输问题的研究,利用拉普拉斯变换的计算方法,在PT对称相和PT对称性破缺相中,初始时刻制备光子分别在增益腔和耗散腔的四种情况进行分析,研究PT对称性对光子传输的影响。研究结果表明:三体耦合腔系统比两体耦合腔系统PT相变的临界值小,所以三体耦合腔体系更容易实现PT相变。两系统都出现了光子局域化现象,但物理机制不同。耦合腔体系中单光子传输具有单向性,且在PT对称相中动力学效果成正余弦周期性,在PT对称性破缺相中不具备周期性。
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