时间演化与动力学

拉比振荡

拉比振荡,是一个双能级量子系统在被一个频率调到接近其两态能隙的稳定场驱动时,所呈现的有节奏的来回往复。系统并不会跳一次就停下,而是周期性地爬升到上态、又跌回下态、再次爬升,如此循环,像钟摆一样把概率在两个能级之间平滑地荡来荡去。

这正是当驱动很强、时间尺度很短时——也就是费米黄金法则那单一稳定速率并不适用的区域——你所看到的景象。你得到的不是朝终态单向的漂移,而是相干的振荡。通过选择施加场的时长,你可以让系统完全激发、完全弛豫,或处于两者之间任意的叠加态,而这正是操控量子比特与自旋的基础。

振荡的步调由拉比频率设定,它随驱动强度的增大而增大。这一效应最早由伊西多·拉比在分子束实验中研究,如今支撑着核磁共振、原子钟与量子计算——在那里,人们用一个精确计时的脉冲,把量子比特从一个态翻转到另一个态,或把它置于一个刻意安排的叠加态。

P_excited(t) = sin²(Ω t / 2) at resonance, Ω = Rabi frequency

在共振时,上态概率以拉比频率 Ω 作正弦振荡。

拉比振荡要求两个能级之间保持相干。实际上,退相干与衰变会阻尼这种振荡,最终把它抹平为黄金法则所描述的那种稳定、单向的速率。

又称
Rabi floppingRabi cycling拉比翻转