前沿科学最新发现——二.黑洞（black hole）把相对论（relativity theory）与量子理论（quantum theory）联系在一起

由普朗克长度（L点空间）公式推导出量子强引力场—黑洞强引力公式,再由黑洞强引力公式或黑洞半径公式推导出量子引力公式,从而推导出大一统场公式。     

没有"幽灵"的量子通讯——基于统一场论框架下的量子通讯原理

自然容介态理论认为,宇宙由信息和物质两种基本要素构成,其交汇点是具有两态性的基本粒子——单奇子。光的波粒二象性正是缘于构成光子的单奇子在信息态和物质态之间的统一互变特性。量子通讯则是利用粒子对(以随向性自适应结合而成)的自然联动特性,以粒子对离体流场(引力态双向贝粒子流)为传输载体的信息传输技术。A-A式发送可减少因量子异态显示而导致的通讯失真。可以认为,统一场就是以贝粒子流的作用形态而形成的效应场,磁、电、引、核基础四力因贝粒子流而得以统一。宇宙大爆炸溢散态空间出现时统一场就形成了,暗物质和反物质爆炸时的质能转换形式都会产生统一场贝粒子流。基于统一场论框架下的量子通讯原理中“幽灵”不复存在。     

Einstein引力作为高维时空中物质场的量子效应

本文考虑高维时空中的诱导引力.高维时空中的物质场被看成是基本的,Einstein 引力及规范场则是由高维时空中物质场量子涨落的结果.以(4+N)(?)共形理论出发给出了四维时空中的引力常数、宇宙学常数及规范耦合常数;它们与未紧化时空中物质场的量子行为有关.     

静态dilaton黑洞的信息熵

依据全息原理, 通过计算Garfinkle-Horowitz-Strominger dilaton黑洞事件视界上量子场的统计熵, 得到了该黑洞的信息熵和Bekenstein-Hawking熵公式, 表明黑洞熵就是其事件视界上量子场的统计熵. 利用广义不确定关系对量子态密度的修正效应, 克服了普通量子场论中态密度在视界附近的发散困难, 避免了黑洞熵热气体方法中的截断和小质量近似; 对该静态dilaton黑洞事件视界上有质量标量场的微观态数进行直接求解, 给出了全息原理的一种具体说明. 用留数定理克服了计算中的积分困难, 所得的结论是定量成立的. 与圈量子引力中的黑洞熵理论相比较, 分析了在全息原理要求下非对易量子场论与圈量子引力在黑洞熵计算方法和结论上的一致性, 给出了广义不确定关系中的引力修正常量值, 讨论了全息原理的意义.     

多模光场与二能级原子Nj度简并N^∑光子共振相互作用系统中场量了熵与纠缠的演化

利用冯·纽曼量子约化熵理论研究了多模相干态光场与单个二能级原子简并多光子共振相互作用系统中场量子熵与纠缠的时间演化特性,得到了多模光场量子熵的解析表达式,并给出了三模场与原子相互作用时场量子熵的数值计算结果,详细讨论了此时初始平均光子数、原子分布角以及原子偶极相位角对场量子熵与纠缠的影响。数值计算结果表明：初始光场越强,场与原子之间的量子纠缠越弱,当光场足够强时,两子系统几乎始终处于退纠缠状态;场量子熵强烈地依赖于原子分布角,光场与原子总是处于纠缠态,并且在短时间的振荡之后几乎停留在最大纠缠态,而原子分布角越大,场量子熵演化到其最大值的时间越短;原子偶极相位角对场与原子之间的量子纠缠几乎没有影响。根据场量子熵的这些特性,可以制备纠缠态或纯态。     

度量算符对Gauss编织态作用的期望值

圈量子引力是主要的候选量子引力理论,考虑它和经典极限对应的连续极限是非常有趣的,Gauss编织态描述了一个半经典图景.本文计算了度量算符对Gauss编织态作用的表示矩阵元及其期望值,并且在该态的峰值区(p=1)、内腿颜色k=0的情况下,给出Gauss编织态顶角处毗邻的4切矢量间的夹角以及切矢量的长度.     

多模光场与二能级原子N_j度简并N~∑光子共振相互作用系统中场量子熵与纠缠的演化

利用冯·纽曼量子约化熵理论研究了多模相干态光场与单个二能级原子简并多光子共振相互作用系统中场量子熵与纠缠的时间演化特性,得到了多模光场量子熵的解析表达式,并给出了三模场与原子相互作用时场量子熵的数值计算结果,详细讨论了此时初始平均光子数、原子分布角以及原子偶极相位角对场量子熵与纠缠的影响.数值计算结果表明:初始光场越强,场与原子之间的量子纠缠越弱,当光场足够强时,两子系统几乎始终处于退纠缠状态;场量子熵强烈地依赖于原子分布角,光场与原子总是处于纠缠态,并且在短时间的振荡之后几乎停留在最大纠缠态,而原子分布角越大,场量子熵演化到其最大值的时间越短;原子偶极相位角对场与原子之间的量子纠缠几乎没有影响.根据场量子熵的这些特性,可以制备纠缠态或纯态.     

圈量子引力中源于Penrose双元计算的研究途径

利用圈算符中的抓是抓在圈量子引力自旋网腿中圈线上的方法.给出了一种正规化的等距面积谱和体积本征值的代数公式谱.利用这种方法,可实现圈量子引力的微分同胚约束和Hamilton约束方程的计算.同时证明了自旋网态在统一方法下满足这两种量子约束.     

一个传送量子信息的腔QED方案

提出了一个传送两原子直积态所包含的量子信息的腔QED方案.这个方案基于原子和腔场的大失谐相互作用,原子和腔场之间不需要传送量子信息,因而该方案对腔场态和腔衰减均不敏感.这个方案不需要贝尔态测量,并且传送成功的概率为1.同时,这个方案可以推广到传送n个原子的直积态.     

五维时空中宇宙视界对应的量子统计熵

把广义测不准关系引入宇宙视界对应的量了统计熵的计算, 采用由广义测不准关系得到的新的态密度方程, 研究了五维黑洞背景下Bose场与Fermi场的熵. 利用新的态密度方程后, 不通过紫外截断可以消除brick-wall 模型中无法克服的发散项, 并且同样可得到宇宙视界对应的量子统计熵与视界面积成正比的结论. 计算结果表明, 宇宙视界对应的量子统计熵是视界面上量子态的熵, 是一种量子效应, 是时空的内禀性质, 这使人们对宇宙视界对应的量子统计熵的认识有更进一步的理解. 在计算中直接应用量子统计的方法, 求五维黑洞背景下Bose场与Fermi场的配分函数, 避开了求解各种粒子波动方程的困难, 为研究高维时空宇宙视界对应的量子统计熵提供了一条途经.     

Quantum states of neutrons in the Earth's gravitational field.

The discrete quantum properties of matter are manifest in a variety of phenomena. Any particle that is trapped in a sufficiently deep and wide potential well is settled in quantum bound states. For example, the existence of quantum states of electrons in an electromagnetic field is responsible for the structure of atoms, and quantum states of nucleons in a strong nuclear field give rise to the structure of atomic nuclei. In an analogous way, the gravitational field should lead to the formation of quantum states. But the gravitational force is extremely weak compared to the electromagnetic and nuclear force, so the observation of quantum states of matter in a gravitational field is extremely challenging. Because of their charge neutrality and long lifetime, neutrons are promising candidates with which to observe such an effect. Here we report experimental evidence for gravitational quantum bound states of neutrons. The particles are allowed to fall towards a horizontal mirror which, together with the Earth's gravitational field, provides the necessary confining potential well. Under such conditions, the falling neutrons do not move continuously along the vertical direction, but rather jump from one height to another, as predicted by quantum theory.     

爱因斯坦在1916:从引力波到量子电磁辐射理论

 1916年,爱因斯坦预言引力波,并提出量子电磁辐射理论、完善光子概念、指出量子过程的内在随机性。百年之后,爱因斯坦预言的引力波通过激光的干涉被探测到,而激光正是基于爱因斯坦的量子电磁辐射理论。引力波探测技术还与爱因斯坦的光子概念和布朗运动理论相关。因此引力波首次被直接探测是对爱因斯坦广义相对论、量子电磁辐射理论2 方面工作的100 周年纪念。本文梳理引力波探测技术中的“爱因斯坦元素”,即激光、光子和热噪声,然后通过对第一手资料特别是爱因斯坦那段时期的信件的分析考证,回顾爱因斯坦在1916年的研究历程,寻找爱因斯坦在引力波和量子电磁辐射理论2方面工作的历史联系。     

原子分子体系的引力效应

寻找完整的量子引力理论是目前理论物理中的前沿热点问题之一,而黑洞热力学和量子干涉仪探测引力效应被认为是正在形成的量子引力理论的两个重要的"实验区".前者通过将量子概念引入到广义相对论来检验二者如何结合,特别是量子力学幺正性将在这两个理论的结合中经受严峻考验;而后者通过量子系统在引力场背景中的演化来试验引力对系统量子属性的影响,在这一方面广义相对论等效原理在微观粒子领域将接受越来越严格的实验检验.目前,原子分子物理实验中出现了类似黑洞辐射的现象,然而,这些现象出现的理论机制还不是非常明确,究竟能否用目前已有的理论解释,或者还是需要构建新的理论来解释也是不清楚的,但是无论如何,这些现象的出现为实验研究量子引力理论打开了一扇窗户.另一方面,人们已经使用量子系统测量一些弱引力效应,这不仅为研究引力对量子系统的影响提供了便利条件,也为研究二者结合提供了一个好的突破口.本综述将结合我们近几年的工作,围绕原子分子体系中的强引力和弱引力效应来介绍和讨论这些问题.     

中子星辐射引力红移的量子真空极化修正

测量中子星表面辐射谱的引力红移被认为是探究这类致密天体基本物理特性最为直接有效的手段. 但是,脉冲星、磁星这些强磁化中子星表面的辐射红移不仅源于引力的作用, 还需要考虑星体表面的磁化等离子体以及由超强磁场所诱导的量子电动力学(quantum electrodynamics, QED) 真空极化效应对辐射的电磁作用. 运用Gordon有效度规理论研究磁化等离子体以及QED真空极化效应对星体辐射的影响. 计算结果表明, 一般情况下对辐射引力红移的修正起主要作用的是星体表面的磁化等离子体, 但在某些特定情况下, 还必须考虑QED真空极化效应的作用.     

重力场中量子弹跳球的Rydberg波包的演化和恢复

利用Rydberg波包分析量子体系的动力学行为是研究经典力学和量子力学的对应关系的一个非常重要的方法。本文主要从自动关联函数和概率密度两个方面讨论了重力场中量子弹跳球的Rydberg波包的恢复和演化，结果表明该系统是一个不能完全恢复的量子系统。     

双极化态柱面引力波的能量动量赝张量

利用Rosen-virbhadra（R—V）给出的引力场能量动量赝张量的一般表迭式,计算得到了双极化态柱面引力波能量动量的具体形式,并讨论了其正定性问题与渐进行为．发现：R—V的笛卡尔坐标形式是对双极化态的柱面引力波能量动量更为合理的表述．     

无限维两体量子系统态的一些纠缠判据

探讨了无限维两体复合量子系统态的可分性问题,利用局域不确定性关系提出了无限维两体量子态可分的一些必要条件,得到了可分态所满足的一些不等式,推广了作者Otfried Guhne（PhysRev Lett,2004）和Zhang Chengjie（Phys Rev A,2010）的有限维的相关结果,对于识别无限维量子系统态的可分性是一个补充。     

爱因斯坦相对论在微观和宇宙范围内的应用

介绍了狭义相对论及其与量子力学的结合预言正电子的存在,广义相对论以及用此理论解释牛顿理论无法解释的水星近日点进动、光谱引力红移和太阳引力场对星光的弯曲.     

Hybridization of electronic states in quantum dots through photon emission

The self-assembly of semiconductor quantum dots has opened up new opportunities in photonics. Quantum dots are usually described as 'artificial atoms', because electron and hole confinement gives rise to discrete energy levels. This picture can be justified from the shell structure observed as a quantum dot is filled either with excitons (bound electron-hole pairs) or with electrons. The discrete energy levels have been most spectacularly exploited in single photon sources that use a single quantum dot as emitter. At low temperatures, the artificial atom picture is strengthened by the long coherence times of excitons in quantum dots, motivating the application of quantum dots in quantum optics and quantum information processing. In this context, excitons in quantum dots have already been manipulated coherently. We show here that quantum dots can also possess electronic states that go far beyond the artificial atom model. These states are a coherent hybridization of localized quantum dot states and extended continuum states: they have no analogue in atomic physics. The states are generated by the emission of a photon from a quantum dot. We show how a new version of the Anderson model that describes interactions between localized and extended states can account for the observed hybridization.     

基于波粒二象性的量子光通信系统的研究

结合光子的波粒二象性,提出利用孤子调制承载量子态的方案,着重从调制信道的角度,分别论证了孤子在NLSE光纤和SIT媒介中的传输演变,量子的压缩态和纠缠态可以在孤子的传输演变中产生,从而实现量子的高速调制.这种调制方案,融合了量子和孤子的特性,避免了量子长距离传送所带来的一系列问题,如量子中继等.