量子开放系统的近似方法及其应用

基于开放系统的主方程（包括马尔可夫和非马尔可夫）描述，提出开放系统的近似处理方法。包括：开放系统的绝热近似方法，开放系统的Born-Oppenheimer（BO）近似方法，主方程的微扰展开方法。除微扰展开方法外，其它两个近似需要基于基本的物理重新定义。本立项将给出开放系统中这几种近似的定义并分析近似成立的条件。应用这些近似方法，讨论开放系统的势能面问题，开放系统的控制问题，以及开放系统的态在不同子空间中的转移问题。探索这些近似方法在非线性开放系统中应用的条件、途径和结果。在实验已实现的量子系统，如腔中的原子、光子，原子的玻色-爱因斯坦凝聚体， 人造量子结构等 中演示这些近似方法，并将其结果与数值模拟结果相比较。

任何系统都不可能孤立于其它系统而存在，从这个意义上讲，开放系统是普遍的，具有一般性。基于开放系统的主方程（包括马尔可夫和非马尔可夫）描述，本研究提出开放系统的近似处理方法。包括：开放系统的绝热近似方法、开放系统的Born-Oppenheimer（BO）近似方法、主方程的微扰展开方法。应用这些近似方法，讨论开放系统的控制问题，开放系统的态在不同子空间中的布居数转移问题、作为开系统的拓扑绝缘体的响应问题和全光量子二极管等问题。. 探索开放系统的近似处理方法是有意义的。绝热近似、BO近似和微扰展开是量子力学中很古老、很基础的问题，它的古老和基础性决定了它在量子理论中的地位。 但这些近似在量子开放系统中是缺失的。研究量子开放系统中的绝热近似、BO近似和微扰展开，不是把这些近似从封闭系统到开放系统的简单推广：在某些条件下，这些近似的定义需要改变。拓扑相变是近年来量子物理领域的热点问题之一，态转移是量子信息中对态进行操作的重要手段。本课题不仅探索基础性的概念，还尝试把这些概念应用于当今的热点问题。. 在该项目资助下，共完成SCI论文28余篇，其中 Phys. Rev.系列 （影响因子2.9）10余篇。 Sci. Rep. 2篇。有8位研究生（6位博士，2位硕士）在该项目支持下毕业。举办了8场学术会议；与国际同行合作完成论文5篇。主持人入选长白山学者。