动态Casimir效应中的非对称量子关联及原子的动力学行为

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动态Casimir效应包括所有通过真空中量子场边界条件的相对论运动而产生光子的现象。这是一种非常奇妙的现象,能从一片黑暗的真空中产生出光子来。这种“无中生有”的现象正是对量子真空涨落的有力证明。自1970年Moore等人预言了动态Casimir效应的以来,它就受到人们的广泛关注。尤其是2011年动态Casimir效应在超导电路中被成功检测到之后,动态Casimir效应再一次成为量子物理学领域研究的热点问题。随着理论和实验研究的进展,人们发现动态Casimir效应产生的光子对体现出量子纠缠(Quantum Entanglement)和量子失协(Quantum Discord)等量子关联性,这使动态Casimir辐射作为量子技术资源成为可能。因此,更详细地研究如何将动态Casimir效应应用于其他量子信息技术和量子器件中已经成为一个热点问题,尤其是它们在实际环境中对热噪声的鲁棒性,更显得尤为重要。本文第一部分工作是:针对超导电路中动态Casimir效应中的非对称量子关联进行研究。现有的理论和实验研究已经证明动态Casimir效应中产生的辐射具有双模压缩态,因此,我们可以利用系统的协方差矩阵来研究动态Casimir效应中的量子纠缠和量子导引(Quantum steering)等量子关联性。本文将动态Casimir辐射的量子纠缠、量子导引与隐形传态保真度(Teleportation fidelity)联系起来,用协方差矩阵元素分别表示出动态Casimir效应中量子纠缠的PHS判据、EPR导引判据和隐形传态保真度,得出动态Casimir效应产生量子纠缠和单、双向量子导引的参数区域。通过函数图像分析了温度、失协以及驱动振幅对量子纠缠、量子导引和隐形传态保真度的影响。最后我们引入四个witnesses,分别对应前面的PHS判据、EPR导引判据和隐形传态保真度,对比分析产生纠缠和量子导引以及实现量子隐形传态的参数区域,并讨论它们之间的关系。由于动态Casimir效应中产生的光子检测问题一直以来都是非常具有实际价值的。当非稳腔内嵌入二能级原子时,动态Casimir效应中产生的光子必然与原子之间产生相互影响。本文第二部分工作是:研究非稳腔内放入两个有相互作用的二能级原子的情况下的动态Casimir效应。我们分别得到了腔场处于真空态和压缩真空态,而原子处于激发态时,系统产生的光子数的解析表达式。分析了原子处于激发态时,系统产生的光子数随时间的变化规律。最后我们计算了双原子布居数的解析表达式,发现双原子布居数与压缩系数、原子-场耦合系数和原子间耦合系数等参数有关。所得结果有助于我们加深对动态Casimir效应的认识,并为今后相关问题的研究奠定基础。
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