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Python中qutip用法示例詳解

更新時(shí)間：2020年10月02日 11:40:17 作者：nejssd

這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于Python中qutip用法示例，文中通過(guò)示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，需要的朋友們下面隨著小編來(lái)一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

前言

QuTip是用于模擬開放量子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的開源庫(kù)。QuTip庫(kù)依賴于的Numpy、Scipy和Cython的數(shù)值包。此外,matplotlib提供了圖形輸出。http://qutip.org/。

python安裝比較容易，需要選擇一個(gè)版本，python2或python3，稍微麻煩的是Scipy。

一、N原子系綜自旋概率分布

from qutip import *
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

n=2#原子數(shù)
j = n//2
psi0 = spin_coherent(j, np.pi/3, 0)#設(shè)置系統(tǒng)的初態(tài)為自旋相干態(tài)

Jp=destroy(2*j+1).dag()#升算符
J_=destroy(2*j+1)#降算符
Jz=(Jp*J_-J_*Jp)/2#Jz

H=Jz**2#系統(tǒng)的哈密頓量

tlist=np.linspace(0,3,100)#時(shí)間列表
result=mesolve(H,psi0,tlist)#態(tài)隨時(shí)間的演化

theta=np.linspace(0, np.pi, 50)
phi=np.linspace(0, 2*np.pi, 50)

#分別計(jì)算四個(gè)狀態(tài)下的 husimi q函數(shù)
Q1, THETA1, PHI1 = spin_q_function(result.states[0], theta, phi)
Q2, THETA2, PHI2 = spin_q_function(result.states[30], theta, phi)
Q3, THETA3, PHI3 = spin_q_function(result.states[60], theta, phi)
Q4, THETA4, PHI4 = spin_q_function(result.states[90], theta, phi)

#在四個(gè)子圖中分別畫出四個(gè)狀態(tài)下的husimi q函數(shù)
fig = plt.figure(dpi=150,constrained_layout=1)
ax1 = fig.add_subplot(221,projection='3d')
ax2 = fig.add_subplot(222,projection='3d')
ax3 = fig.add_subplot(223,projection='3d')
ax4 = fig.add_subplot(224,projection='3d')

plot_spin_distribution_3d(Q1, THETA1, PHI1,fig=fig,ax=ax1)
plot_spin_distribution_3d(Q2, THETA2, PHI2,fig=fig,ax=ax2)
plot_spin_distribution_3d(Q3, THETA3, PHI3,fig=fig,ax=ax3)
plot_spin_distribution_3d(Q4, THETA4, PHI4,fig=fig,ax=ax4)

for ax in [ax1,ax2,ax3,ax4]:
 ax.view_init(0.5*np.pi, 0)
 ax.axis('off')#不顯示坐標(biāo)軸

fig.show()

運(yùn)行結(jié)果：

在這里插入圖片描述

二、原子與光場(chǎng)相互作用

from qutip import *
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

alpha=1#相干光的參數(shù)alpha
n=2#原子數(shù)
j = n/2

psi0 = tensor(coherent(10,alpha),spin_coherent(j, 0, 0))#設(shè)置系統(tǒng)的初態(tài)

a=destroy(10)#光場(chǎng)的湮滅算符
a_plus=a.dag()#光場(chǎng)的產(chǎn)生算符
Jp=destroy(n+1).dag()#原子的升算符
J_=destroy(n+1)#原子的降算符
Jx=(Jp+J_)/2#原子的Jx算符
Jy=(Jp-J_)/(2j)#原子的Jy算符,這里的j是虛數(shù)單位
Jz=(Jp*J_-J_*Jp)/2#原子的Jz算符

H=tensor(a,Jp)+tensor(a_plus,J_)#系統(tǒng)的哈密頓量
tlist=np.linspace(0,10,1000)#時(shí)間列表
result=mesolve(H,psi0,tlist)#態(tài)隨時(shí)間的演化

fig=plt.figure()
ax1 = fig.add_subplot(221)
ax2 = fig.add_subplot(222)
ax3 = fig.add_subplot(223)
ax4 = fig.add_subplot(224)

ax1.plot(tlist,expect(tensor(qeye(10),Jx),result.states))#Jx的平均值隨時(shí)間變化圖
ax2.plot(tlist,expect(tensor(qeye(10),Jy),result.states))#Jy的平均值隨時(shí)間變化圖
ax3.plot(tlist,expect(tensor(qeye(10),Jz),result.states))#Jz的平均值隨時(shí)間變化圖
ax4.plot(tlist,expect(tensor(qeye(10),Jx**2+Jy**2+Jz*2),result.states))#J平方的平均值隨時(shí)間變化圖

fig.subplots_adjust(top=None,bottom=None,left=None,right=None,wspace=0.4,hspace=0.4)#設(shè)置子圖間距
fig.show()

運(yùn)行結(jié)果：

在這里插入圖片描述