反旋转波相互作用及其物理效应的研究

The counter-rotating wave interaction between various quantum systems and bosonic field (driving electromagnetic field) is an important research topic in areas of condensed state physics and quantum physics. In this project, we will try to develop a theoretical approach, based on the unitary transformation method and be suitable for the intermediate coupling strength and the non-adiabatic case where the energy scales of both the quantum system and bosonic field (driving electromagnetic field) are comparable. We will study: 1. how to deal with the effect of counter-rotating wave interaction on quantum system embedded in heat bath, especially on the multi-level and many-body quantum system and on their coherent and entanglement behavior; 2. how to deal with the counter-rotating wave interaction between driving electromagnetic field and quantum systems, especially the possible manipulation approach; 3. how to deal with the Rabi lattice and cold atoms in optical lattice, where the counter-rotating interactions may lead to novel phase transition from polariton insulating state to superfluidity.

针对几种具有反旋转波相互作用的量子态（费米子）与玻色场（驱动场）相互作用系统，在幺正变换的基础上发展一套解析的理论研究方法，要求它在相互作用强度较弱或较强时以及相互作用双方能量标度相差较大的近绝热情形与已有的理论一致，并且适用于中间耦合强度以及相互作用双方的特征能量标度相近的非绝热情形。由此出发研究反旋转波相互作用导致的物理效应。1、小量子系统与无穷多自由度环境之间的反旋转波相互作用，探讨多能级和多体小量子系统相干和纠缠行为。2、多频率驱动场与多能级量子态之间的反旋转波相互作用，探讨外加驱动场对量子系统及其与环境相互作用进行操控的可能的方式与手段。3、对于Rabi lattice和光晶格中冷原子等周期性关联量子系统，探讨非费米子型激发与光子或声子等玻色场的相互作用问题及相关的物理效应。

针对量子系统与玻色场的反旋转波相互作用问题，特别是针对量子系统与玻色场相互作用具有较强耦合强度并且两者能量标度相近或相等的近共振情形，我们发展了一套解析的理论研究方法并成功地研究了几种量子系统与玻色场相互作用的问题：1、对半经典Rabi模型，提出处理同时具有纵向和横向驱动的量子动力学效应的新方法，计算得到纵向慢变场调制的广义Bloch-Siegert移动，隧穿相干淬灭，共振荧光谱和泵浦-探测谱等可与实验做比较的物理量；2、研究了不同双轴应变下光子类石墨烯结构中狄拉克锥的运动，通过映射动量空间中定义的带结构并在实空间中直接观测的方法来理解和探索这种光子类石墨烯结构在保持量子信息相干性方面的作用；3、研究了Rabi Lattice 和 Ising-Rabi Lattice系统中非费米子型量子激发与玻色场的相互作用问题及相关的物理效应，特别是探讨了反旋转波相互作用的物理效应。