有源介观RLC电路的量子噪声

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介观体系的量子效应是当今凝聚态物理及材料物理等领域研究的前沿课题.在量子力学中谐振子模型占有十分重要的地位,实际的物理问题一旦等效为谐振子,求解就变得简单方便.考虑到有源介观RLC电路中因电阻和电源的存在使得电路的量子化有其特殊性,讨论有源介观RLC电路中的量子噪声,对微小电路的设计及电路量子噪声的抑制,具有十分重要的理论指导意义。  在本文中,首先综合介绍了文献中解决介观RLC电路的量子噪声的研究方法和相关知识。已有文献分别对介观LC电路、介观RLC电路、电容耦合电路、电感耦合电路中无源或有稳定的直流源作用下的电荷及电流、电压的量子噪声进行了广泛的研究,但对于正弦交流源作用下的介观RLC电路量子噪声情况的研究却很少。况且,以往的研究绝大多数要么讨论没有外加电源的情况,要么讨论在绝热近似下,把外加电源做直流电源处理的情况,而事实上,在一般情况下,基于信号的传输、变换和应用,我们必须考虑外加交变信号时对介观电路系统量子动力学的影响。因此,笔者通过借鉴阻尼谐振子的量子力学处理的基本思想,按以下四步展开研究工作。第一步,实现带有周期性变化电源的介观RLC电路量子化。将介观RLC电路等效成阻尼谐振子,从介观RLC电路的经典基尔霍夫运动方程入手,通过引入合理的电荷、电流、电压的正则共轭变量,证明其满足对易关系,利用相空间的变换,将经典的哈密顿量子化,实现了介观RLC电路量子化;第二步,采用正则变换的方法求解系统的态函数。通过构造推广的升降算符,且使算符满足对易关系,将哈密顿量算符写为含有升降算符的形式,然后采用正则变换的方法,对含时的薛定谔方程进行变换,确定系统的态函数;第三步,对电荷、电流、电压的量子噪声进行计算,分析讨论该系统的量子噪声.由态函数的量子统计性质,计算电荷、电流、电压的量子噪声,得到电荷与电流的算符表达式和它们的平均值、均方值及均方起伏,分析讨论该系统的量子噪声,从而得到交流源驱动下介观RLC电路中电荷、电流、电压的量子噪声情况;最后是对前面的推导结果进行分析、汇总,得出结论。  结果表明:交流源作用下的介观RLC电路会产生类似受迫振动的效应,通过引入一个合适的平衡电压源或电流源,可以起到控制量子噪声的作用。
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