超强耦合体系中量子拉比模型的标准与修饰图像主方程比较
本章旨在研究超强耦合体系中弛豫和退相干对量子拉比模型的影响,并提供明确的公式体系,使学生和研究人员能够基于第一性原理实现并数值求解由此产生的非幺正动力学。量子拉比模型作为光与物质相互作用的最基本描述,刻画了单个二能级系统与量子化腔场单模的耦合。超强耦合体系的定义标准通常满足耦合强度g≳0.1ω,其中ω表示腔模频率。在该体系中,量子光学标准主方程——通常称为Gorini-Kossakowski-Sudarshan-Lindblad(GKSL)主方程——预计将失去准确性。其根本原因在于强光质相互作用会使裸原子态与场态发生杂化,导致耗散过程无法在非耦合基中自洽描述。因此更严谨的处理方法必须将这种杂化直接纳入耗散项的推导过程。Beaudoin、Gambetta和Blais提出的"缀饰态马尔可夫主方程"(DME)便是此类方法之一,该方程在构建系统-环境耦合算符时明确考虑了量子比特-场相互作用。本章通过数值求解标准GKSL主方程与缀饰态主方程(DME),对比研究了包括相干态、奇薛定谔猫态、压缩真空态、压缩相干态及热态在内的多种初始场态。耦合强度变化范围为0.05ω至0.8ω。该团队还考察了量子比特参数受外部时域调制引发的真空光子生成效应,以及初始激发态量子比特的多光子拉比振荡。研究涉及两种不同的环境谱密度:白噪声与欧姆噪声。通过量子比特激发态布居数、平均光子数、Mandel Q因子、作为纠缠度量指标的负度、子系统纯度及特定时刻光子数概率分布等物理观测量,数值结果清晰展示了两类主方程预测的差异。正如预期,对于多数观测量,标准GKSL主方程的预测结果与缀饰态主方程存在显著分歧。但在特定参数范围和具体观测量上,两者差异仍保持相对较小。

