量子概念 新物理学之灵魂

续上期松排山面千重翠　月点波心一颗珠 在量子理论诞生日，普朗克对于作用量子ｈ，就已指明：正是由于它的引入，“突破了经典物理的连续性”；可观测物理量连续地变化、抑或取分立的数值，乃经典物理与量子物理的主要区别。物理量连续地变化，其变化规律遵循严格因果性原理；物理量量子化，则便取消了严格因果性原理在物理理论中的主导地位。于是，量子理论就不像经典理论那样是纯粹决定论性的，而成为非决定论性的统计理论；波尔的互补原理占据其主导地位。 把能量子、光量子概念推广，涉及各种可观测物理量的量子化、各种物质场的量子化…     

量子概念的历史和前沿

正量子力学是当代文明的一个重要基础。现在很难找到与量子无关的新技术。20世纪90年代,诺贝尔奖得主莱德曼就指出,量子力学贡献了当时美国国内生产总值的三分之一。近年来,基于量子叠加的量子信息和量子计算得到很大发展。     

一种定量分析量子秘密共享方案安全性的新方法

由于量子加密的无条件安全性和窃听的可检测性,在过去的二十多年里,量子加密引起了国内外科学界和工业界的研究热潮,并已成为计算机科学和物理中的一个重要研究方向.量子加密将量子力学和经典密码学相结合,利用量子物理的客观规律来保证通信的安全.量子秘密共享     

行星原子

当量子理论最初正在发展的时候,玻尔提出一个原子模型,这样的原子有分立的电子,象行星围绕太阳运动一样围绕着原子核在轨道上运转,他的原子是以允许一个电子仅仅占据所有可能轨道中一个特定的次轨道而“量子化”的,后来量子力学或波动力学把电子散布成几率云,消除了电子象一个粒子一样作经典轨道运动的概念,然而,双电子原子光谱学最近的发展至少已经恢复玻尔最初概念的     

量子测量及其进展

本文阐述了量子测量的本质 ,测量对微观粒子的影响 ,以及测量假说在量子力学中的地位 ,强调了量子退相干是量子测量引起量子纠缠的必然结果 .文章还为路径实验的干涉条纹消失找到了主因 ,也为量子退相干可能是一个渐进演化过程以及测量并不一定破坏量子相干性提供了证据 .　　文章讨论了量子测量与量子力学基本问题的关系 ,并认为解决这些问题依然是任重而道远的 .     

时间可以是一个分立的动力学变量吗

本文从力学的各个阶段,即从经典力学到非相对论量子力学,再到相对论量子场论,考察了把时间看作一个分立的动力学变量的可能性。     

量子非局域、量子纠缠及其可能揭示的新物理

爱因斯坦等人提出的EPR佯谬和Bell隐变量理论揭示了量子力学两个相互关联的重要特性:非局域性和量子纠缠.它们使得微观量子系统之间可以建立非局域的超越经典的关联.非局域性和量子纠缠是量子力学最本质的特征.这些性质的发现不仅为解决量子力学的基本问题提供了可能,同时也揭示了量子力学不同于其他力学的根本所在,为研究量子力学与经典力学、相对论之间的关系与融合提供了新的洞察.量子非局域性和量子纠缠还提供了研究多体物理(新的拓扑相)的新工具.     

介观电路中电荷、电流的量子涨落

近年来,宏观量子力学与介观物理问题的研究十分引人注目,并已取得了一系列的研究成果。随着微电子技术的发展,人们竭力提高电子器件的工作速度,因而不断降低元件的尺寸,可是这种努力终将由于集成度的提高,使单位面积功耗增加以及元件尺寸缩小,带来原理性的限制而达极限。因此,必须考虑器件以及电路的量子力学效应。早在50年代,Landau、路易塞尔等物理学家就用量子力学方法研究宏观的电路问题。最近,由于介观物理的兴起,使这一问题的研究又成为热点。本文用量子力学方法,研究了一个有源RLC电路的电荷、电流量子零点涨落,给出了绝对零度时,该电路的量子噪声的大小。 对于一个与电压电源ε(t)串联的RLC电路,它的经典运动方程为     

量子力学随机诠释的数学结构和物理学特征

由纳尔逊和德·拉·彭那首创,并曾得到德布罗意支持的量子力学随机诠释起源于玻姆的量子势诠释和马德隆—高林武彦的流体力学表象,它统一了布朗运动和量子力学的基本方程,并且建立起经典概率同量子概率之间的严格对应关系。这一诠释引起了许多物理猜测,并成为目前研究量子力学基础问题的热点之一,但其非局域特征最终令德布罗意大为失望。     

超导与量子计算

基于量子力学态叠加性和纠缠性的量子计算,以其指数级增长的庞大计算空间和更高级的信息抽象能力,为计算提供了新的范式。这一新技术有可能解决一些经典计算无法解决的计算难题,同时解决经典计算的功耗问题。超导效应作为一种宏观量子效应,为量子态相干操控提供了绝佳的无损耗环境,而约瑟夫森结为构建量子比特提供了必要的能级分立性和非线性。经过二十余年的高速发展,基于超导量子电路的量子计算技术已经在退相干时间、量子态操控和读取、量子比特间可控耦合、中大规模扩展等关键技术上取得大量突破,成为构建通用量子计算机和量子模拟机最有前途的候选技术路线之一。文章就这一技术做一个简要的介绍和梳理,以令读者了解整个技术脉络为目标,尽可能不涉及复杂的符号和公式。最后,还简要讨论了超导量子计算发展的未来,并指出其中部分关键技术难点。     

超导与量子计算

基于量子力学态叠加性和纠缠性的量子计算，以其指数级增长的庞大计算空间和更高级的信息抽象能力，为计算提供了新的范式。这一新技术有可能解决一些经典计算无法解决的计算难题，同时解决经典计算的功耗问题。超导效应作为一种宏观量子效应，为量子态相干操控提供了绝佳的无损耗环境，而约瑟夫森结为构建量子比特提供了必要的能级分立性和非线性。经过二十余年的高速发展，基于超导量子电路的量子计算技术已经在退相干时间、量子态操控和读取、量子比特间可控耦合、中大规模扩展等关键技术上取得大量突破，成为构建通用量子计算机和量子模拟机最有前途的候选技术路线之一。文章就这一技术做一个简要的介绍和梳理，以令读者了解整个技术脉络为目标，尽可能不涉及复杂的符号和公式。最后，还简要讨论了超导量子计算发展的未来，并指出其中部分关键技术难点。     

核磁共振实现量子分立Fourier 变换

设计了核磁共振实现量子分立Ｆｏｕｒｉｅｒ变换的各逻辑部件的脉冲序列,实验实现了二量子位的量子分立Ｆｏｕｒｉｅｒ变换,分析了产生误差的原因,并提出了减小误差的措施。     

揭秘量子密码、量子纠缠与量子隐形传态

以光子的偏振态为例,对量子力学、量子态、量子密码、量子纠缠和量子隐形传态作简要通俗而又力求准确的介绍。首先通过与经典物理的对比,引进量子力学的基本思想和量子态的基本涵义;接着介绍量子密码的BB84量子密钥分配方案;然后介绍量子纠缠,强调它不违反相对论。在此基础上,介绍了量子隐形传态,强调了经典通信在这个过程中的必不可少。     

让光子在空间起舞:星地量子通信的原理与应用

正量子通信是一种以量子为信息载体,并利用其特性来实现信息传递的全新通信方式。它具有绝对保密和高效率等优点,近年来已迅速成为国际信息科学的研究热点,中国也正在该领域悄然崛起。随着当今世界信息技术的迅猛发展,以微电子技术为基础的信息技术即将达到物理极限,而以量子效应为基础的量子通信,则正在逐步成为引领未来科技发展的重要领域,即将开启一次新的技术革命。量子通信是一种利用量子力学基本原理、量子系统特有属性以及量子测量方法来实现信息传递的通信技术。目前     

借用“平行宇宙”的算力——量子计算现状与展望

量子力学自建立以来,被期待为未来技术进步的基石。目前,量子计算、量子信息处理、量子通信和量子测量等基于量子力学发展起来的技术备受关注。人们力图将理论的成果转化为应用,从而实现"第二次量子革命"。其中,量子计算机因其并行计算能力被证明一旦达到一定规模,其计算能力将远超传统计算机,甚至对目前广泛使用的传统加密算法产生威胁,也必将对社会各个领域产生深远的影响。文章从科普的角度介绍了量子计算的背景及原理,并基于发展现状对未来作了展望,最后探讨了量子计算与人工智能领域结合的可能性。     

量子场论中重整化纲领的形成(1949年以前的发展)

一、引言量子物理学史的研究,一般终止于1927年。其原因在于人们大抵认为,1927年问世的普遍变换理论和哥本哈根解释,标志着量子力学已经成为一门概念上完备的学问。可是,1927年以后出现的量子力学的合乎逻辑的发展,相对论性量子力学,特别     

借用“平行宇宙”的算力——量子计算现状与展望#br#

量子力学自建立以来，被期待为未来技术进步的基石。目前，量子计算、量子信息处理、量子通信和量子测量等基于量子力学发展起来的技术备受关注。人们力图将理论的成果转化为应用，从而实现“第二次量子革命”。其中，量子计算机因其并行计算能力被证明一旦达到一定规模，其计算能力将远超传统计算机，甚至对目前广泛使用的传统加密算法产生威胁，也必将对社会各个领域产生深远的影响。文章从科普的角度介绍了量子计算的背景及原理，并基于发展现状对未来作了展望，最后探讨了量子计算与人工智能领域结合的可能性。     

量子速度极限研究进展

研究量子速度极限不仅有助于理解量子力学基本问题,而且在量子模拟、量子非平衡热力学等领域亦有重要意义.本文首先介绍了封闭系统中两个重要的量子速度极限——Mandelstam-Tamm界和Margolus-Levitin界以及封闭系统的量子速度极限统一界.在开放量子系统中,由于系统与环境相互作用,量子系统一般不能实现正交态演化,研究开放系统量子速度极限需要考虑初态与末态之间测地线的度量方式.本文讨论了基于不同几何度量所建立的量子速度极限以及开放系统的量子速度极限统一界.基于量子力学的规范不变特性,我们建立了一个新的量子速度极限界,将量子系统演化速度与几何相位关联起来,说明量子速度极限对量子热力学、几何操控量子系统动力学演化具有重要意义.此外,基于半经典Wigner函数表示,我们也建立了量子速度极限界.最后,本文回顾了外部环境与量子系统动力学过程对量子系统演化速度极限的重要影响,并对量子速度极限的下一步研究作出展望.     

对不确定关系起源的若干评述

一九二六年夏,量子力学的状况可由两个叙述来概括。薛定谔证明了波动力学和矩阵力学的等效性,人们已不再对其数学的等效性抱有任何怀疑;但是,关于量子力学物理意义的解释问题却是众说纷纭。薛定谔从德布罗意的基本观点出发,把物质波同电磁波进行比较,认为它是三维空间中实际存在的、可测量的波。因此,他宁愿只讨论三维位形空间中(单粒子)的情况。他希望量子力学的无理性,尤其是量子跃迁,能完全避免出现在波动力学中。他     

Born-Oppenheimer近似下的平面氢分子离子Schr?dinger方程的精确解

目前,研究分子少体系统的经典-量子对应已经成为非线性物理中一个极为重要的课题,我们首先要了解系统的量子力学解.在分子系统中,氢分子离子是最简单的,3维氢分子离子的量子力学精确解早已求出.我们将研究更简单的情况:2维氢分子离子的量子力学精确解,这样的解对于低维物理的研究也非常有用.