超越旋转波近似的单模二能级系统动力学

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与单模外场相耦合的二能级系统一直是物理学基础研究中的一个重要研究对象。其广泛出现在量子光学和凝聚态物理等不同领域。近年来,随着量子信息的发展,该系统被更加广泛和深入地研究,特别是通过实验来实现该模型的方案不断被丰富。在这个发展中,我们注意到,外场与二能级系统的耦合强度越来越大。在量子光学的范围内,耦合强度非常弱,做了旋转波近似(rotating wave approximation)的J-C模型(Jaynes-Cummings model)可以给出很好的理论解释和预言,但是由于其丢掉了非旋转波项(counter-rotatingterms),所以必然也就丢掉了一些有用的信息,在强耦合情况下,J-C模型的结果不再那么令人满意。为了研究强耦合情况下的单模二能级系统,我们必须考虑非旋转波项的贡献。本文中,我们运用Van Vleck微扰理论对没有能量偏置的单模二能级系统(Rabi模型)进行研究,计算出其准到耦合常数三阶的本征能量和本征波函数,并应用这个解讨论了共振相干场作用下二能级的“崩塌与复苏”现象,得到了一些新的结果,特别是发现当耦合强度较强时,二能级布居反转的平衡位置不再为零,而是有了一个明显偏向于初始态的移动。另外,我们还对Van Vleck微扰理论的使用进行了讨论,发现就Rabi模型而言,将其本征能量计算到耦合常数的三阶是必要的,而对本征波函数只需算到二阶。
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