超冷量子气体的量子光学：耗散之外的开放系统（特许任教资格论文）

量子光学与超冷气体是成熟领域，但二者几乎无重叠：在超冷原子研究中通常忽略光的量子本性。在我们的工作中，光与超冷物质的量子性均起关键作用。首先，我们表明光是多体相的量子非破坏（QND）探针：它们可由关联与完整分布函数区分（我们考虑玻色子、费米子与偶极分子）。光不仅对密度敏感，也对物质场干涉敏感。其次，我们证明测量反作用构成多体系统中一种新的竞争源，尤其对于非 QND 情形。这导致大量新现象：多体纠缠模的振荡、费米子对的保护与破裂、反铁磁序、超出 Hubbard 模型的长程对隧穿与纠缠。我们证明反馈控制诱导相变并调控其普适性类。第三，囚禁势的量子化（量子光学晶格）导致新相，包括密度序（超固体、密度波）与物质场键序（超流体与超固体二聚体、三聚体）。超冷原子之外的结果包括：我们将反馈控制范式从态控制扩展至相变控制；提出测量反作用作为多体物理中新的竞争源；融合量子 Zeno 动力学与非厄米物理，展示超越 Zeno 动力学的拉曼跃迁新型 Zeno 现象；基于集体光-物质相互作用提出量子模拟器。我们的模型可应用于其他系统阵列（量子比特）。总体而言，量子测量与反馈产生了多体物理中封闭幺正系统与开放耗散系统均未典型呈现的新现象。