中国科学技术大学学报 ›› 2013, Vol. 43 ›› Issue (11): 861-869.DOI: 10.3969/j.issn.0253-2778.2013.11.001

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开放量子体系的级联运动方程理论方法进展

严以京   

  1. 中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室(筹),安徽合肥 230026
  • 收稿日期:2013-08-21 修回日期:2013-09-20 出版日期:2013-11-30 发布日期:2013-11-30
  • 通讯作者: 严以京
  • 作者简介:严以京(通讯作者),博士/教授,“国家自然科学基金委海外杰出青年(1999)”、“中国科学院海外杰出学者基金(2003)”,以及中组部“千人计划(2009)”入选者.长期从事物理化学与化学物理的基础理论研究,迄今已发表论文200余篇,被他引4 000余次.在量子耗散理论发展及其相关应用体系的理论研究、统计动力学、生物分子电导的理论与机理、量子输运与量子信息等方面做出了许多重要研究成果.发展了非线性光谱理论,提出了电荷转移和非线性光谱的统一理论.建立了激光脉冲相干性控制分子动力学以及化学反应的理论方法.近年来,在量子耗散动力学领域取得了一系列重要进展,系统发展了严格、非微扰的量子耗散动力学级联方程、数值方法和计算软件,并应用于电荷传递、线性与非线性光谱等动力学过程研究.同时,发展了量子输运和量子测量的理论方法,可与第一性原理计算紧密结合,应用于纳米电子学等领域.E-mail: yanyj@ustc.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(21033008),中国科学院战略先导科技专项B(XDB01020000)资助.

Theoretical method for open quantum systems: Progresses and perspectives

YAN Yijing   

  1. Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
  • Received:2013-08-21 Revised:2013-09-20 Online:2013-11-30 Published:2013-11-30

摘要: 级联运动方程组方法已成为研究量子开放体系性质和动力学的重要方法.本文介绍了该方法的建立与发展,阐述了其在基础理论、数值算法、实际应用等方面的最新进展.级联运动方程具有理论严格性、数值高效性、应用灵活性.它以非微扰的方式揭示了多体相互作用、体系-环境耦合、非马尔可夫记忆效应等的综合影响.最近研究还证明了级联运动方程是描述体系-环境关联动力学的理论.本文继而讨论了级联方程组理论方法在生物体系的光激发能量传递和强关联电子体系中的量子输运等方面的应用.

关键词: 量子耗散, 量子输运, 开放体系, 体系-环境相干

Abstract: The hierarchical equations of motion (HEOM) formalism developed recently is becoming an important method for investigating the properties and dynamical processes of quantum open systems. A comprehensive account on its establishment and recent development was given, covering theoretical formulations, numerical algorithm and practical applications. By construction HEOM resolves in a nonperturbative manner the combined effects of many-body interaction, system-environment coupling and non-Markovian memory. While it is mathematically equivalent to an exact path integral formalism, HEOM is also very convenient in computation and versatile in various systems of study. Moreover, it is shown recently that HEOM is actually a correlated system-environment dynamics theory. The practicality of HEOM to address physical and chemical problems was exemplified with examples relevant to quantum dissipation and quantum transport.

Key words: quantum dissipation, quantum transport, open system, system-bath coherence