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科研进展

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郑雨军教授团队在量子系统演化速率极限研究取得重要进展

发布日期:2019-10-31   点击量:

 

郑雨军教授课题组在量子系统演化速度极限研究工作中取得重要进展,他们基于量子力学规范不变性以及量子态演化的几何性质,建立了一种不同于已有量子系统演化速率极限的界定。相关研究成果以“Distinct Bound of the Quantum Speed Limit via the Gauge Invariant Distance”为题,20191030日发表在Phys. Rev. Lett.

   https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.180403

该工作由博士生孙舒宁和导师郑雨军教授合作完成。

量子体系中量子态演化的最大速度——速率极限或从一个量子态演化到另外一个不同量子态的最短时间是多少?怎样实现量子系统中量子态演化的演化加速?该问题在量子物理的一些研究领域具有重要的科学意义。如,量子通信、量子计算要依赖量子态的快速反转以实现超快的计算速度;提高量子态演化速度以实现对量子系统状态和动力学过程的最优控制等;同时,在量子热力学、量子熵减及熵产率等领域也具有重要的意义。

1927年海森堡给出量子力学关系式  的物理解释是能量与时间的不确定关系,即把诠释为时间的不确定量。但,对上述关系也有不同的诠释。Mandelstam,Tamm,Bohm等物理学家对此做了不同的诠释:认为  是量子体系由一个量子态演化到不同量子态的最短时间。1945Mandelstam,Tamm给出量子体系从一个量子态演化到与其正交量子态的最短时间是 ,被称为Mandelstam-Tamm 界(MT bound)。1998年,Margolus,Levitin建立了该时间与量子体系能量平均值的关系——Margolus-Levitin界(ML bound)。此后,人们把MT、ML bounds推广至开体系、多体量子体等,并广泛研究了量子体系纠缠、量子相干、量子体系非马尔可夫性等对MT、ML bounds的影响,以及加速量子体系演化的物理内禀因素等。

郑雨军教授课题组基于量子力学几何性以及其规范不变性,建立了一种不同于上述MT、ML bounds的量子系统最大演化速度的界限:建立了量子系统演化速度与广义Pancharatnam联络以及几何相位的关系,为操控量子体系的几何演化、加速几何量子计算等提供了潜在方案和途径,也对理解量子熵减等问题具有科学意义。

该工作得到国家自然科学基金(No. 11674196)、国家973重点基础研究发展计划(No. 2015CB921004)的资助。


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