量子纠缠与超光速量子通信

量子通信是经典通信和量子力学相结合的一门新兴交叉学科.在介绍量子纠缠特性的基础上,对量子隐形传态进行了探讨,提出了超光速量子通信的途径.     

量子远程通信与超光速运动问题

论述量子远程通信这种超空间性质传输的物理本质尚不清楚,与超光速运动有无联系也不清楚;若考虑清数“ｉ”的作用,狭义相对论可与物质的超光速运动相容,且不违反应因果律;既使自然界存在超光速的物质运动也不可能动摇狭义相对论;建议设计实验测量德布罗皮的相速度,深入研究波粒二象性。     

量子远程通信与超光速运动问题

论述量子远程通信这种超空间性质传输的物理本质尚不清楚，与超光速运动有无联系也不清楚；若考虑虚数“i”的作用，狭义相对论可与物质的超光速运动相容，且不违反因果律；既使自然界存在超光速的物质运动也不可能动摇狭义相对论；建议设计实验测量德布罗意波的相速度，深入研究波粒二象性．     

论超光速研究

本文用大量事实说明，超光速研究的历史几乎与相对论的提出一样长久，并已发展为一项严肃的研究活动和独立的学科分支，处在相对论、量子力学、电子学三者的汇合处。讨论了ＥＰＲ思维——Ｂｅｌｌ定理——Ａｓｐｅｃｔ实验这一发展的意义。认为应在Ｂｏｈｍ量子位概念基础上研究量子场以解释超光速现象。对已有的微波超光速实验，指出应重视粒子穿过截止波导时几乎无相位变化这一特点。对１９９６年１０月的北京座谈会作了评述。指出还应关注天文学、气象学观测中发现的超光速现象。     

论量子超光速性

A.Einstein对量子力学(QM)的反对态度从1926年开始显露,1935年与B.Podolsky、N.Rosen联合发表论文时达到顶点,而EPR论文后来是从反面促进了科学的发展。该文以狭义相对论(SR)为思想基础,而SR和EPR都否定超光速的可能性。但QM允许超光速存在,并与研究超光速的前提即QM非局域性一致。1985年John Bell说,Bell不等式是分析EPR推论的产物,该推论说在EPR文章条件下不应存在超距作用;但那些条件导致QM预示的奇特相关性。Aspect实验的结果是在预料之中的,因为QM从未错过,现在知道即使在苛刻的条件下它也不会错;可以肯定实验证明了Einstein的观念站不住脚。Bell认为在进退两难的处境下可以回到Lorentz和Poincarè,他们的以太是一种特惠参考系,在其中事物可以比光快。Bell指出正是EPR给出了超光速的预期。……1992年以来有多个超光速实验成功的报道,有的以量子隧穿为基础,有的利用经典物理现象(如消失波、反常色散)。而在2008年,D.Salart等用处于纠缠态的相距18km的2个光子完成的实验证明其相互作用的速度比光速大一万倍以上,为104c～107c;可以说此实验对有关EPR的长期争论作了结论。过去25年来,量子超光速性是笔者的主要研究课题之一。1985年我们提出了量子势垒的等效电路模型;1991年我们最早指出截止波导中消失波模有负相速(vp0)和负群速(vg0)现象,笔者的专著《截止波导理论导论》获全国优秀科技著作奖。2003年我们用同轴光子晶体进行实验并观测到阻带中的超光速群速,为(1.5～2.4)c。2005年我们提出广义信息速度(General Information Velocity,GIV)和在2010年提出量子超光速性(Quantum Super-luminality,QS)两个概念,并建议改造现有的高能粒子加速器以寻找和发现超光速奇异电子。本文则较深刻地讨论了QS的若干问题,涉及微观粒子的速度定义、EPR思维与超光速研究的关系、量子纠缠态作用速度、量子隧穿的超光速性、负波速、Casimir效应的超光速性。文中指出Sommerfeld-Brillouin波速理论的意义和不足,用实验例说明量子光学(QO)方法与经典物理概念结合运用是重要的。自2000年以来的负群速实验常以某金属(如铯、钾、铷)的原子蒸汽状态作为受试对象,充分利用激光的高科技特性和手段,从而使之成为具有典型QO特征的现代物理实验,因而极不同于经典性质的物理实验。负群速不仅是超光速的特殊形态,而且普遍具有下述特征:输入脉冲进入媒质前,出口处即呈现输出脉冲峰,因而与经典因果性不同。虽然关于QS的知识和发现是丰富的和生动的,并且极有启发性,但它并不正面和直接地回答"物质、能量、信息能否以超光速传送"的问题。设计巧妙而有说服力的实验仍是科学家们的基本任务。     

论量子超光速性

A.Einstein对量子力学(QM)的反对态度从1926年开始显露,1935年与B.Podolsky、N.Rosen联合发表论文时达到顶点,而EPR论文后来是从反面促进了科学的发展。该文以狭义相对论(SR)为思想基础,而SR和EPR都否定超光速的可能性。但QM允许超光速存在,并与研究超光速的前提即QM非局域性一致。1985年John Bell说,Bell不等式是分析EPR推论的产物,该推论说在EPR文章条件下不应存在超距作用;但那些条件导致QM预示的奇特相关性。Aspect实验的结果是在预料之中的,因为QM从未错过,现在知道即使在苛刻的条件下它也不会错;可以肯定实验证明了Einstein的观念站不住脚。Bell认为在进退两难的处境下可以回到Lorentz和Poincarè,他们的以太是一种特惠参考系,在其中事物可以比光快。Bell指出正是EPR给出了超光速的预期。……1992年以来有多个超光速实验成功的报道,有的以量子隧穿为基础,有的利用经典物理现象(如消失波、反常色散)。而在2008年,D.Salart等用处于纠缠态的相距18km的2个光子完成的实验证明其相互作用的速度比光速大一万倍以上,为104c～107c;可以说此实验对有关EPR的长期争论作了结论。过去25年来,量子超光速性是笔者的主要研究课题之一。1985年我们提出了量子势垒的等效电路模型;1991年我们最早指出截止波导中消失波模有负相速(vp0)和负群速(vg0)现象,笔者的专著《截止波导理论导论》获全国优秀科技著作奖。2003年我们用同轴光子晶体进行实验并观测到阻带中的超光速群速,为(1.5～2.4)c。2005年我们提出广义信息速度(General Information Velocity,GIV)和在2010年提出量子超光速性(Quantum Super-luminality,QS)两个概念,并建议改造现有的高能粒子加速器以寻找和发现超光速奇异电子。本文则较深刻地讨论了QS的若干问题,涉及微观粒子的速度定义、EPR思维与超光速研究的关系、量子纠缠态作用速度、量子隧穿的超光速性、负波速、Casimir效应的超光速性。文中指出Sommerfeld-Brillouin波速理论的意义和不足,用实验例说明量子光学(QO)方法与经典物理概念结合运用是重要的。自2000年以来的负群速实验常以某金属(如铯、钾、铷)的原子蒸汽状态作为受试对象,充分利用激光的高科技特性和手段,从而使之成为具有典型QO特征的现代物理实验,因而极不同于经典性质的物理实验。负群速不仅是超光速的特殊形态,而且普遍具有下述特征:输入脉冲进入媒质前,出口处即呈现输出脉冲峰,因而与经典因果性不同。虽然关于QS的知识和发现是丰富的和生动的,并且极有启发性,但它并不正面和直接地回答"物质、能量、信息能否以超光速传送"的问题。设计巧妙而有说服力的实验仍是科学家们的基本任务。     

量子纠缠的理论与实践

量子纠缠是量子体系的一种奇妙特性。本文对量子纠缠的历史渊源和基本概念、近年来在理论和实践研究方面的重要进展以及在量子信息科学领域的应用前景,做了介绍与讨论,并对原子气池内的超光速传播的物理机制作了探讨。     

超光速实验的一个新方案

Einstein的理论并非神圣不可侵犯,超光速将开启新物理学的大门,而自1955年以来一系列理论与实验研究企图发现超光速现象,多个实验显示超光速是可能的.本文在回顾1955年至2009年的研究后,得到"超光速是可实现的科学陈述"的结论.因此,狭义相对论关于"没有可以超光速行进的事物"的说法归于无效.飞出太阳系是人类长久以来的理想,飞行速度最好达到光速或超光速.当然这很难做到,但也不是绝对不可能.1947年超声速飞机试飞成功突破了"声障"一事已成历史,而可压缩流力学似可用到超光速研究中来,即以空气动力学成就作为突破"光障"的参考.从理论上讲研究"量子超光速性"是很重要的,具体包含两个方面:量子隧穿及量子纠缠态,它们分别对应小超光速(v/c<5)和大超光速(v/c>104).现时的超光速研究可考虑用圆截面截止波导(WBCO)来改造直线加速器,再检验电子的运动;亦即用量子隧穿以实现超光速,而在经过势垒之后波和粒子的能量减弱.这与突破声障的情况(例如Laval管)相似.为了研究飞船以超光速作宇宙航行的可能性,必须尝试使中性粒子(中子、原子)加速运动并达到高速.然而现实是不存在中子加速器,因此发现以超光速运动的电子(奇异电子)是科学家不妨一试的实验课题.从波动力学和渡粒二象性的观点看,"群速超光速"在实验中取得了广泛的成功,预示着粒子形态的电子以超光速运动的可能性存在.但后者与前者一样必然是"小超光速".这正好体现了电磁作用的传递速度(电磁波本征速度)仅为光速的事实,亦即无论波动或粒子的运动都只能在特殊条件下比光速c稍快.     

量子纠缠首次在电晶体线路中完美实现

量子纠缠是一种量子力学现象,具有量子纠缠现象的成员系统们,即使距离遥远,仍保有特别的关联性,仿若“心有灵犀”一般,也就是当其中一颗电子由于被操作,状态发生变化时,另一颗也会即刻发生相应的状态变化,仿佛两颗电子拥有超光速的秘密通信一般。这种被爱因斯坦时代的科学家们称为“鬼魅似的远距作用”的现象,实际上是打开人类进入量子世界的“钥匙”,其一旦纯化,包括量子密码术、量子信息学及量子计算机,都将应运而生。     

自然界可能存在超光速粒子

实验发现中微子的质量平方是负值。根据这一事实,对比Dirac方程和虚质量的Dirac方程,提出了一个超光速中微子的量子方程。一个虚粒子可以看作是超光速粒子。这个方程的显著特征是,时空反演是对称性的,而空间反演对称性有最大的破坏。     

地震作用下钢筋混凝土框架结构防倒塌的判别

在地震作用下保证钢筋混凝土框架结构耗能最大化，同时保证在弹塑性变形条件下大震不倒，对框架结构意义重大。基于功能原理，对框架结构在水平地震作用下达到最大弹塑性位移时的2种变形破坏模式柱铰机制和梁铰机制进行分析，给出结构倒塌指标Ks的下限值和防倒塌的评估判别式，通过算例和实例对规范中框架结构防倒塌的相关要求进行了计算验证。结果显示，现行抗震规范对罕遇地震作用下钢筋混凝土框架结构变形控制值是略偏保守的。     

对称环型介观结构中电子的输运性质

采用介观结构中一维量子波导理论，在给定结点处波函数的边界条件情况下，研究对称环型介观结构的量子干涉晶体管中的电子输运特征，具体讨论了gate长度L以及环周长对电子输运性质的影响。     

钢筋混凝土框架结构倒塌的计算机仿真研究

在总结实际地震震害特点的基础上,结合钢筋混凝土框架三维非线性动力有限元的分析方法,建立了一种能模拟倒塌过程的计算机模型,给出了一种计算机能自动判断局部或整体可动机构的快速算法,并引入计算机可视化、多媒体等最新仿真技术,对钢筋混凝土框架结构的倒塌机理作了研究,仿真实例表明该系统能较好地反映框架的地震倒塌过程.     

超导信道的量子密码通信

量子密码通信是一种新的密钥通信方法，可以发现任何窃听者。现有的量子密码通信基于弱光传输。这里提出一种以超导信道中的约瑟夫森电子干涉效应为基础的量子密码通信方案，并讨论了其可行性和保密性     

The thermodynamic meaning of negative entropy

The heat generated by computations is not only an obstacle to circuit miniaturization but also a fundamental aspect of the relationship between information theory and thermodynamics. In principle, reversible operations may be performed at no energy cost; given that irreversible computations can always be decomposed into reversible operations followed by the erasure of data, the problem of calculating their energy cost is reduced to the study of erasure. Landauer's principle states that the erasure of data stored in a system has an inherent work cost and therefore dissipates heat. However, this consideration assumes that the information about the system to be erased is classical, and does not extend to the general case where an observer may have quantum information about the system to be erased, for instance by means of a quantum memory entangled with the system. Here we show that the standard formulation and implications of Landauer's principle are no longer valid in the presence of quantum information. Our main result is that the work cost of erasure is determined by the entropy of the system, conditioned on the quantum information an observer has about it. In other words, the more an observer knows about the system, the less it costs to erase it. This result gives a direct thermodynamic significance to conditional entropies, originally introduced in information theory. Furthermore, it provides new bounds on the heat generation of computations: because conditional entropies can become negative in the quantum case, an observer who is strongly correlated with a system may gain work while erasing it, thereby cooling the environment.     

量子力学中的客观实在图景

本文讨论了量子力学中的两个基本问题：实在与意识的关系问题和波函数及其它一些原理的统计解释问题，我们坚持彻底的唯物主义认识路线和彻底的统计系综解释，力图从哲学上解决量子力学历史中的基本争论，如波函数和测不准关系的统计解释问题，电子的自由意志问题，从而消除某些神秘色彩。     

内含一个气泡介观环的电子输运性质

采用介观结构中一维量子波导理论，在给定节点处波函数的边界条件情况下，研究了内含一个气泡的介观环结构的电子输运特性。结果表明，在这一介观结构中，反共振（T=0）现象在零极对称传输振幅中得到很好的描述，并且电子透射几率随环半长以及气泡半长的改变均做周期性振荡．     

切换线性广义系统的观测器设计

在各个子系统均能检测且脉冲能观的条件下研究了切换线性广义系统的状态观测器设计问题．基于共同Lyapunov函数方法,给出了切换线性广义系统存在广义状态观测器和正常降维状态观测器的充分条件和设计算法．最后,以一个数值例子说明了该方法的有效性．     

诱生引力量子宇宙模型

本文得到了 近似下的诱生引力宇宙波函数,当诱生引力耦合常数取牛顿引力常数时,等效标度因子α的数量级为普朗克长度。在U(α、x)<0的Lorentz区,宇宙演化为Desitter宇宙。     

Applying Gaussian quantum discord to quantum key distribution

In this paper, we theoretically prove that the Gaussian quantum discord state of optical field can be used to complete continuous variable （CV） quantum key distri- bution （QKD）. The calculation shows that secret key can be distilled with a Gaussian quantum discord state against entangling cloner attack. Secret key rate is increased with the increasing of quantum discord for CV QKD with the Gaussian quantum discord state. Although the calculated results point out that secret key rate using the Gaussian quantum discord state is lower than that using squeezed state and coherent state at the same energy level, we demonstrate that the Gaussian quantum discord, which only involving quantum correlation without the existence of entanglement, may provide a new resource for realizing CV QKD.