量子开放系统的响应理论及其应用

In this project , considering an open quantum system in steady states, we aim at the development of quantum linear response theory for open systems based on the principle of quantum theory. The following problems will be solved with the support of this program: (a)Derive a general representation for the open system, and discuss the effect of the environment on the linear response. (b)Give a general expression for the linear response in the case where the system-environment coupling is strong. (c)Apply the theory to topological materials, and explore the effect of environment on the Hall conductance and magnetization. We also try to extend the theory to the case where the system is away from the steady state.

本项目的宗旨是专注于基础理论研究、结合实验进展，从基本的量子物理理论出发，发展量子开放系统的非热力学平衡态响应理论，并将理论应用于具体的物理系统，如拓扑绝缘体（topological insulator）、半金属（semimetal）。具体地，本项目主要考虑处于稳态的量子开放系统，力图解决如下问题：（1）给出量子开放系统的量子动力学响应一般表达式；讨论环境的关键参数，如谱分布对量子响应的影响；（2）在系统-环境强耦合条件下，推导出系统量子响应的表述方法及解析表达；分析不同近似和表述下量子响应间的关系；（3）应用开放系统的量子相应理论，给出环境对拓扑材料电导率、磁化率的影响。本项目还尝试把上述响应理论和应用推广到非稳态情形。

本项目考虑处于稳态的量子开放系统，解决了如下科学问题：（a）给出量子开放系统的量子动力学响应一般表达式；讨论环境的关键参数，如谱分布对量子响应的影响；（b）在系统-环境强耦合条件下，推导出系统量子响应的表述方法及解析表达；分析不同近似和表述下量子响应间的关系；（c）应用开放系统的量子响应理论，给出环境对拓扑材料电导率、磁化率的影响。本项目还把上述响应理论和应用推广到非稳态情形。具体来说，在线性响应理论框架下，给出主方程描写的量子开放系统的量子动力学响应一般表达式；讨论环境的关键参数，如谱分布对量子响应的影响；在绝热量子响应框架下，给出开放系统绝热演化的定义、条件，给出该框架下，开放量子响应的一般表述；在系统-环境强耦合条件下，推导出系统量子响应的表述方法及解析表达；分析不同近似和表述下量子响应间的关系；应用开放系统的量子响应理论，给出环境对拓扑材料电导率、磁化率的影响。