多原子分子的高激发振动和量子关联研究

量子关联效应是物理学研究的前沿热门课题，它在量子物理和量子信息中都有着非常重要的应用。我们最近研究了一些分子两模振转态的两组分量子纠缠动力学，现在要把这种研究推广到有实验数据的多原子分子多模高激发振动及其量子关联特性。推广我们先前建立的代数模型，使它包括弯曲振动自由度和各种可能的相互作用，分析新近观测到的高分辨光谱数据，计算高激发伸缩和弯曲振动的能级和跃迁强度等物理量。利用相干态理论和非线性理论分析高激发振动的经典分叉和混沌特性。提出描述量子关联的量度，重点研究分子振动的经典分叉、混沌及环境对量子关联和其它新近提出的关联量度(量子discord与多组分纠缠量度)的影响，还计算一些熟知的物理量(能量与量子熵)，从而可以利用量子关联特性定量描述分子振动光谱中的一些重要现象如振动跃迁与局域化。这将丰富人们对多原子分子高激发振动的深入理解，也为分子物理和量子物理的发展提供新的理论工具。

我们推广了多原子分子振动U(2)代数模型，模型包含较少的参数，很好地解释了甲烷同位素和硫化氢分子的高激发振动实验光谱，分析了同位素效应和振动布居数分布，结论是：代数模型能较好地描述同位素效应; 得到的标准偏差比其它模型计算的偏差要小；费米共振导致伸缩和弯曲振动能量的快速分布。研究了H2S, CS2, H2O等分子振动光谱模型的高激发振动量子态的三组分纠缠动力学, 探讨了三组分纠缠与两组分纠缠, 纠缠与能量, 量子互熵与泡利熵等的动力学关联, 结果表明: 高激发弯曲振动态的三组分纠缠比伸缩振动态的纠缠有较好的周期性; 在合适的条件下, 这些物理量是正关联占优势, 这有利于建立量子信息与分子物理的可能联系。研究了原子与场相互作用模型的三组分纠缠动力学, 考虑了内秉退相干，非旋波近似，以及不同的初态对纠缠的影响，发现在合适量子态的条件下，三种纠缠量度是正关联的, 这能帮助我们确定合适的三组分纠缠量度。利用Renyi量子熵, 我们提出了一种描述量子关联的推广量子失协量度。发展了两种有效的数值方法，研究了不同磁场中两耦合自旋-1体系的热量子和经典关联，计算了量子失协，几何失协, 以及量子纠缠。结果表明在纠缠为零的参数范围量子失协不为零，而且温度对量子失协的影响要比对纠缠的影响要小；在低温的条件下，这三种物理量具有类似的行为; 几何失协出现突然变化, 这些结果能帮助我们理解高维混态的量子关联特性。最后, 研究了一维排斥和吸引相互作用费米子系统的基态特性, 为研究系统的多组分量子关联做准备。