计算自旋-s算子幺正演化矩阵d^s(t)的新方法及其应用

提出了一种严格求解任意自旋-s算子幺正演化矩阵的方法,该方法不同于群论的方法和直接计算的方法,是一种间接的算法.方法的核心是利用两个系统表示的等价性:即自旋-s算子Hamiltonian量Hs=Sx与Heisenberg XX开链带相互作用Jn=(n(N-n))^(1/2)的Hamiltonian量的等价性,由于存在这种等价性,自旋-s算子幺正演化矩阵的计算可通过Heisenberg XX开链中态的演化来实现.采用该方法计算了s=3/2,s=2和s=5/2时对应的幺正演化矩阵.由于初始态|sm〉在算子e-itSx下的演化实质上相当于对态|sm〉进行一个绕x轴转角为β=t的转动,演化矩阵元dsm’m(t)=〈sm′|e-it|Sxsm〉就是转动后的态e-it|Sxsm〉在|sm′〉态上的投影值,所以在t=π时刻的演化矩阵刚好对应Heisenberg XX开链上量子态的理想传输.

Wei-Norman分解及其在量子系统控制的应用

W e i-Norm an分解对于分析矩阵微分方程的解是比较成熟的理论,含有幺正演化矩阵的薛定谔方程是矩阵微分方程,所以可以利用W e i-Norm an分解来分析求出多能级量子系统的解。由于W e i-Norm an分解适用的范围是小时间变化的邻域,为了求出量子系统在任意时刻的幺正演化矩阵,根据量子系统的特性,提出了对量子系统的控制时间进行分段,利用W e i-Norm an分解来获得每段小时间的幺正演化矩阵。最后通过一个两能级的例子进行仿真,根据实验结果总结出该量子系统的状态与控制场作用之间的关系。