开放量子系统的非马尔科夫效应研究

非马尔科夫效应是指量子系统与环境相互作用中由环境记忆效应而引起的其对系统的动力学反作用。近年来随着量子光学与量子信息实验技术的不断发展，越来越多的实验现象已不能用基于玻恩-马尔科夫近似的开放系统理论所描述，因此非马尔科夫效应的理论研究具有迫切的重要意义。我们将利用路径积分影响泛函方法，研究双态系统在玻色子结构环境中、电子自旋系统在自由电子气和核自旋库中以及腔场光机体系等几类开放系统的非马尔科夫效应。巧妙地选择（正则、SU(2)和Grassmannian）相干态表象构造相关体系的路径积分可使这几类体系纳入到统一的影响泛函理论框架中。通过这种非微扰的手段建立这几类体系的非马尔科夫退相干动力学的统一描述，我们旨在揭示非马尔科夫效应带给体系退相干行为与传统近似描述方案定量的甚至定性的不同，解释已有的实验现象，预言新的物理效应，并对相关系统实验的进一步发展及其在量子信息中的应用提供必要的理论依据。

随着量子光学与量子信息实验技术的不断发展, 越来越多的实验出现了波恩-马尔科夫近似不成立的物理条件, 因此非马尔科夫效应的研究具有迫切的重要意义. 我们主要研究了分离变量量子位系统、连续变量量子光场系统和腔场光机体系在耗散结构环境中的非马尔科夫退相干动力学. 提出了非马尔科夫效应和系统与环境组成的复合系统束缚态形成对退相干影响的基本物理框架; 揭示了束缚态在退相干抑制、量子关联保持、量子速度极限和非正则热化中所扮演的关键角色; 解释了光子晶体空间周期结构导致退相干抑制的物理机制. 在此基础上, 开展周期性驱动调控系统Floquet准能谱形成束缚态所诱发的非平衡量子相变研究, 提出了通过驱动场的时间周期性调制束缚态的形成来抑制退相干的方案; 提出了通过周期性驱动操控Kitaev模型束缚态的形成来诱发新型拓扑相变并以此来制备多重Majorana边界态的方案; 提出了通过周期性驱动操控Haldane模型束缚态的形成来产生大陈数拓扑绝缘相的方案. 受本项目资助, 在Scientific Reports、Physical Review系列杂志等发表SCI论文11篇. 我们围绕束缚态所取得的以上一系列成果极大地丰富了人们对退相干的认识并开辟了人工合成量子极端物态的新手段.