基于周期性量子驱动系统的量子度量和量子电池研究

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作为近代物理学的重要分支,量子力学解析了世界的基本运行规律。通过量子力学,人们对世界,特别是量子效应较为显著的微观领域,进行了进一步的探索。随着量子科学的进一步发展,人们逐步把目光投向其应用。在科技领域,越来越多的基于量子体系的技术方案以及量子器件的制作方案被提出。其中,基于量子体系的精密测量研究和量子储能器件(量子电池)的研究便是近年来的两个热点。本文立足于周期性量子驱动系统,对这两项内容展开研究。在本文的第一章中,我们首先介绍了周期性量子驱动系统,然后对量子精密测量和量子电池的研究背景进行了简单的介绍。在第二章中,我们介绍了求解一般周期性量子系统的Floquet理论。然后针对单向谐振驱动下的量子系统,我们介绍了两类常用的近似求解方法——传统的旋转波近似和考虑了反旋项的旋转波近似,并引入时间演化算符的保真度对这两种近似的有效范围进行了求解和比较。在第三章中,我们首先从参数估计出发介绍了精密测量的基本原理,给出了 Cramer-Rao不等式并引入了 Fisher信息的概念。在此基础上,我们进一步导出了量子的Cramer-Rao不等式和量子Fisher信息,以及一般幺正参数化过程中的最大量子Fisher信息的形式。在上述结论的基础上,本文进一步求解了 su(2)型幺正参数化过程中的最大量子Fisher信息,并将其结果应用到了半经典Rabi模型中各参数的最大量子Fisher信息的求解过程中。通过对结果的讨论,本文找到了半经典Rabi模型中各参数的最优测量方案。在第四章中,我们给出了谐振驱动下的量子电池充电模型。为了研究如何提高充电效率,本文考虑了一个三个方向上的驱动强度、驱动频率和初始相位都可以调节的更为一般的谐振驱动模型。我们引入了含时的充电饱和度来表征量子电池的充电效率,并在传统的量子电池充电模式的基础上提出了非饱和充电模式。利用考虑了反旋项的旋转波近似,我们给出了充电系统在某些参数条件下的含时充电饱和度的解析解。本文也通过Floquet定理给出了含时充电饱和度和依赖于系统准能量和Floquet态的函数关系。在此基础上,本文还给出了含时充电饱和度和系统参数之间的函数关系的一些数值结果。通过这些结果,本文找到了传统饱和充电模式下和非饱和充电模式下最佳充电模型的系统参数。在第五章中,我们总结了本文的结果并给出了进一步的展望。
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