[00105464]多量子比特与玻色场耦合系统量子相变研究

该项目为国家自然科学基金资助青年科学基金项目（项目批准号：11604009）。

该项目系统探索了多量子比特与光场耦合系统的量子相变问题。主要研究内容如下：

1. 各向异性量子拉比模型的普适性：实验体系显示，各项异性耦合广泛存在，例如：光学腔、超导电路、自旋轨道耦合量子点。该项目考虑了各向异性耦合模型的量子相变行为。系统探索了相图。通过数值和解析手段计算了临界指数和标度函数。并且将原子自由度推广到任意数值的一般情况。

2. 有偏置量子拉比模型和两比特量子拉比模型的近似解和动力学：在超导电路系统中， 偏置项是普遍存在的。这一项的存在破坏了 Z2 对称性，使得模型的解析计算变得困难。该项目通过引入非对称试探波函数，有效改善了现有的近似方法，为分析实验结果提供了理论工具。

3. 多模光场的非马尔可夫动力学：研究了多模光场与量子比特耦合系统的动力学计算问题。传统的马尔可夫近似并不能令人满意。采用了级联展开的数值方法。在数值意义上精确计算了洛伦兹谱函数下模型的时间演化动力学。

该项目主要研究成果如下：通过解析和数值计算模型的临界指数和标度函数，在有限自由度系统的相变中建立了普适性概念，并论述了其与热力学极限下传统普适性概念的等价性。 通过研究认为，能否在有限自由度系统中建立普适性概念是本领域研究进一步发展的关键所在。据此，该团队成功在解析计算等方面取得了突破，获得了各向异性 Rabi 模型的相图、标度函数、临界指数；以上述成果为基础，普适性的概念在有限自由度系统中得到了建立；进一步将结论推广到任意原子数的 Dicke 模型中，并与热力学极限下的传统普适性概念进行了等价性论述。同时，该研究中也首次获得了 J-C 模型连续相变的不连续标度函数。该研究成果将对进一步理解量子Rabi 模型及超强耦合相关的量子现象、量子相变和相变普适性概念等提供思路。