激光在化学反应中的量子控制

本世纪最大科学成果之一的量子学理论确立以来,对如何观察、控制分子的量子状态,探索分子量子状态与物质性质的关系成了近年来科技界的重要研究课题.半个世纪以来,由于激光、半导体和光学技术的迅速发展,目前,科学家已经实现了对单个分子的观察和动力学控制.在分子科学的微观领域中,科学技术工作者已开始利用激光技术进行分子的设计,化学反应过程中的观察和控制.在化学领域中,利用激光技术进行基础和应用研究已经相当普遍,而在同位素分离和光化学反应(光合成、光分解、光催化)等方面出现的大量科技成果引起了国际学术界的极大关注.为此,科技…     

微激光的量子模式理论

在激光发展中开腔模式理论起了很重要的作用。激光开腔模式理论是一种半经典理论,激活介质中的原子用量子力学描述,而辐射场则服从经典的Maxwell方程,场的量子化已被忽略了。故开腔模式理论也未能给出激光模式中光子的统计分布。只是后来的全量子激光理论才证明了,由于原子的自发辐射,腔的损耗,以及作为光泵的激活原子的无规注入,在阈值上的单模激光光子服从Poisson分布,其量子噪音满足     

纳米电子学

近10年来,纳米科学与技术学(纳米学)这个科学术语及其内涵引起了世人的普遍关注,各种海阔天空的议论充满着多种报刊杂志,其来势不亚于20世纪80年代末的全球高温超导热.这种景象表明纳米学确实很重要,它有可能掀起人类认知上的新突破、技术上的新飞跃和工业上的新革命.这是一个综合性的交叉学科,它的发展和深入研究,必将对人类的生存和发展产生巨大的影响.然而,我们必须清楚,要想在这一领域达到最终的目标,使之完全实用化,还必须经历极其艰难困苦的历程,需要多代人的研究努力.虽然现代高科技飞速的发展有可能缩短这个历程,但仍存在许多根本性的问题,包括正确的哲学观、科学观、理论体系和具体的技术难题.     

分子电子学

由分子材料做成的电子元件,线度一般为毫微米数量级。单个分子就有可能被做成固体电路中的一个基本元件。分子材料在光电子学,数据处理及模式识别等方面曾展示了迷人的前景,以致到后来SDRC成功地创立了分子电子学这门科学。目前用在这方面的预算每年不少于一百万英镑,但是还不知道我们是否能获得分子材料的资源。     

类脂双层传感器和生物分子电子学

从本世纪60年代初起人们对类脂双层进行了广泛的研究。目前,平面的双层类脂膜(缩写为BLM)与球状的类脂双层即脂质体一起在经过适当修饰后已是生物膜的最佳模型。近来,微电子学的进展和人们对包括BLM在内的超薄有机膜的兴趣已导致生物传感器的发展,从而在化学、电子学以及生物学等学科的交叉处产生了一个新的研究领域:生物分子电子学。这个激动人心的新科技领域是发展新的半导体后电子技术即其长期目标是分子计算机的分子电子学的一部分。当前的微电子学与未来的分子电子学之间的分界线为一微米。在一微米以下,经典的微电子学规律不再成立而量子力学的规律开始起作用。微电子学以半导体薄片为基础,而新型的分子电子学将以分子和原子本身的能力为基础。在分子电子学里有两个主要方向:(1)以分子和原子的性质为基础的分子电子学和(2)应用量子效应的纳电子学。人们预期这些新的领域将发展出比目前PC计算机线路要快10万倍的分子电子线路,在分子电子线路里,分子的信息加工能力将通过电子及其结构的变化来实现。在生物体里,蛋白酶的构     

量子电子学

过去,许多大家熟悉的电子器件,诸如电子管和晶体管,利用在真空中或在半导体晶体中运动的自由电子或自由载流子来实现放大和振荡。今天,由于量子电子学的进展,我们有了另一类新的电子器件,可以利用原子分子内部的共振或利用原子分子内部能级间的量子跃迁来     

介观耦合电路的量子压缩效应

随着纳米技术和纳米电子学的飞速发展,电路以及器件小型化的势头越来越强烈,近年来已达到原子尺寸的量级.显然,当电子的输运尺度达到一个特征尺度,即电子的非弹性碰撞尺度时,必须考虑其量子力学性质及电荷的非连续性质.因此,在纳米电子学中对电路及器件建立一个正确的量子理论已经是十分迫切的任务了.当然,最为简单然而又是十分重要的工作是将LC电路量子化,这一工作可以通过与经典简谐振子量子化的方法做类比而得以完成,其中谐振子的坐标相当于电路中的电荷.最近,我们提出了一个考虑电荷量子效应的介观电路量子化的方法,讨论了有耗散的介观电路的量子涨落.本文给出了无耗散介观耦合电路中各个回路的电荷、电流的量子涨落,发现这些电流与电荷的量子涨落之间存在着压缩效应对于一个经典的无耗散的并且其中一个回路中有电源ε(t),电感电容组成的电容耦合电路(电感耦合电路也可以等效成电容耦合电路).按照Kirchhoff定律,可以写出其运动方程为L_1(d~2q_1)/dt~2+q_1/C_1+q_1/C_2-q_2/C_2=ε(t),L_2(d~2q_2)/dt~2+q_2/C_2-q_1/C_2=0 (1)其中q_1(t)和q_2(t)是两个LC型电路中的电荷;L_1,C_1和L_2,C_2是两个回路中的电感和电容,C是这两个回路的耦合电容.如果ε(t)=0,可以把该运动方程写成简单的Hamilton形式     

量子人工智能：量子计算和人工智能相遇恰逢其时

量子人工智能,是由量子计算和人工智能交叉发展起来的新兴学科和技术。过去几十年来,量子计算和人工智能技术各自经历了起起落落、螺旋上升的发展历程,而现在正逐渐落地,有望给人类的技术革新、生产和生活带来颠覆性改变。我们正迎来二者深度交叉的最好时机,一个量子人工智能研究的最好时代!     

量子人工智能：量子计算和人工智能相遇恰逢其时

量子人工智能，是由量子计算和人工智能交叉发展起来的新兴学科和技术。过去几十年来，量子计算和人工智能技术各自经历了起起落落、螺旋上升的发展历程，而现在正逐渐落地，有望给人类的技术革新、生产和生活带来颠覆性改变。我们正迎来二者深度交叉的最好时机，一个量子人工智能研究的最好时代！     

量子宇宙学和宇宙创生

将量子力学用于整体宇宙,宇宙学家希望窥视宇宙创生时刻。我们许多人遥望晴朗夜空而询问:"所有这些来自何方?"许多世纪以来,哲学家和神学家沉思默想的这个问题是科学研究所不可企及的。仅在本世纪我们才有足够精妙而严密的理论借以窥视宇宙极早期。运用爱因斯坦的广义相对论,将时间逆转,研究人员推断宇宙是在一个体积小、密度大、温度高的区域中出现的。     

单分子电子学的实验研究进展及未来10年展望:从器件到应用

单分子电子学的初衷是采用单个分子这种极致尺寸结构精确可控的材料作为电子器件的功能单元,以此来应对半导体器件尺寸的小型化进程.从第一次实验测试到单分子电导开始,单分子电子学经历了25年的发展,逐渐衍生出两条研究路线:一条是延续该领域的初心,通过采用单个分子构筑半导体器件,进而实现逻辑运算乃至分子计算芯片;另一条是开辟新的研究领域,采用单分子电子学技术作为单分子尺度物理化学过程的表征方法和研究工具.本文沿着单分子电子学的发展脉络,简述单分子电子学领域的重要研究进展,并对该领域未来发展趋势及所面临的挑战进行展望.