有关A-B效应和相位问题及量子绝热定理成立条件——三答李华钟教授的评述

对《Aharonov-Bohm效应和量子力学相位概念的一些问题———评曾谨言著〈量子力学〉卷Ⅱ第六次印刷第四章的物理概念》一文中有关A-B效应和相位问题的评述,按真实情况给予了说明.论证了把R t→0作为量子绝热定理成立条件,不能说明“对于能级简并态,量子绝热定理不成立”,且在一些情况下会导致不正确的结论.     

几何量子计算和拓扑量子计算——整体性量子现象的新应用

本文概述介绍量子计算的最新进展:几何量子计算和拓扑量子计算,是初步入门的引论性质.作者从量子力学的整体性现象这一观点出发,阐述作为整体现象的量子力学几何相位(亚贝尔和非亚贝尔几何相位),量子体系的拓扑不变性质等的新应用,为先前一本著作[1]所阐述观点的新发展的补充.     

几何量子计算和拓扑量子计算——整体性量子现象的新应用

本文概述介绍量子计算的最新进展:几何量子计算和拓扑量子计算,是初步入门的引论性质。作者从量子力学的整体性现象这一观点出发,阐述作为整体现象的量子力学几何相位(亚贝尔和非亚贝尔几何相位),量子体系的拓扑不变性质等的新应用,为先前一本著作[1]所阐述观点的新发展的补充。     

关于量子几何相位的评注——评三本量子力学教材中一个基本概念

回顾了国内出版的两本量子力学教材和一本参考书中有关贝里相位的章节，指出了其中有关量子几何相位的一些错误概念。     

量子相变与几何相位

量子相变是凝聚态物理中的重要研究课题，而几何相位的发现是近几十年来量子力学中的重要进展，它们毫无关联地各自发展。但最近的研究表明，它们之间有密切联系：多体体系基态的几何相位在量子相变点附近具有标度性；不可收缩的几何相位可用来作为量子相变的标志等，文章将介绍最近在量子相变和几何相位的关系方面的研究进展，并用XY自旋链模型来详细说明．这些结果应会吸引凝聚态和几何相位领域工作的研究人员的关注和兴趣。     

几何相位、保真率和量子相变

<正>1.量子力学的相位和Aharonov-Bohm效应杨振宁先生在很多场合都做过"二十世纪理论物理学的主旋律"的学术报告,相关视频目前在各大视频网站均可以找到。杨先生明确指出,二十世纪的主题旋律为量子化,相位因子和几何相位。量子相位是量子力学波函数的基本属性,如果ψ为Schr?dinger方程的本征波函数,那么ψe~(iθ)也是它的本征波函数,其中θ为任意常数。这种整体相位不会     

教科书内容的正确和真实至关重要--关于曾谨言著"量子力学"中量子几何相位概念的再评注

对曾谨言所著的量子力学书中量子几何相位的一些错误概念再次提出了批评,同时针对他在《大学物理》上的《介绍几个量子力学基本概念》一文的有关观点进行了逐点分析批驳,并举出Berry论文中有关论述为证．本文着重从“正确”和“真实”两方面去分析．     

量子力学诠释问题

量子力学的建立不仅奠定了当代科学的基础,而且在推动当代技术革命方面取得了惊人的成功。然而,对于量子力学诠释(interpretation of quantum mechanics)——理解波函数如何刻画微观世界,人们迄今为止并未形成共识。量子力学发展的这种二元状态不仅带来了认识论方面的误导,而且依据备受争议的哥本哈根诠释建立起来的量子技术会有许多根本性问题。量子力学的哥本哈根诠释存在二元结构的问题:微观世界的运动用量子力学描述,是一个幺正演化,而观察或测量却依赖于量子系统外部的经典世界(仪器、观察者、环境),表现出来的波包塌缩是非幺正的。为此,包括爱因斯坦、薛定谔、温伯格等在内的一些著名学者对哥本哈根诠释提出了尖锐的批评。80年过去了,为克服量子力学的哥本哈根诠释二元论困境,人们提出各种各样的量子力学诠释,包括多世界诠释、量子退相干诠释、自洽历史诠释以及量子达尔文主义等。文章将简要介绍和评述这些量子力学诠释的基本思想、它们之间的逻辑关系及其实验检验的可能性。进一步澄清量子力学诠释中的基本概念,可以避免量子观念滥用导致的意识论上的问题和量子技术发展误入歧途。     

量子力学若干基本问题研究的新进展

首先回顾了量子力学诠释的各种研究的思想起源.以量子测量问题为核心,通过介绍和分析最近5年完成的相关实验（如用腔QED展示的量子退相干过程实验和超冷原子which-way实验等）,系统地评述了量子力学若干基本问题研究（包括宏观物体相干性,量子测量的冯*诺伊曼链问题）的新进展,并阐明了其作用与意义.指出了量子力学基本问题的探讨已经走出纯哲学思辨的范畴,开始了大规模的实验检验,而且其研究结果对信息科学有重要的潜在应用.通过基本观念的正确阐释,对量子测量理解方面的某些误解（如超光速现象）给予一定程度的澄清.最后,通过介绍霍夫特(G.′tHooft)最近在量子力学方面的工作,展望了量子力学今后的可能发展.     

远距离量子通信实验中的高维纠缠源

设计了适用于远距离量子通信实验的高维纠缠源.利用连续激光器抽运产生了极化-时间两体四维纠缠光子对,在抽运功率20 mW下测到每秒700对符合,保真度为89%±3%.相比已有的高维纠缠源,在本文中发展的源具有传输便利、相位稳定性好等优点,适用于未来远距离高维量子通信实验和量子力学基本问题实验检验,如远距离高维量子密码实验、两粒子Greenberger-Horne-Zeilinger定理检验、两粒子量子赝"心灵感应"(quantum pseudo telepathy)实验演示等. 关键词： 高维纠缠 极化纠缠 时间箱纠缠 量子通信     

Photonic phase transition in circuit quantum electrodynamics lattices coupled to superconducting phase qubits

A hybrid quantum architecture was proposed to engineer a localization-delocalization phase transition of light in a two-dimension square lattices of superconducting coplanar waveguide resonators, which are interconnected by current-biased Josephson junction phase qubits. We find that the competition between the on-site repulsion and the nonlocal photonic hopping leads to the Mott insulator-superfluid transition. By using the mean-field approach and the quantum master equation, the phase boundary between these two different phases could be obtained when the dissipative effects of superconducting resonators and phase qubit are considered. The good tunability of the effective on-site repulsion and photon-hopping strengths enable quantum simulation on condensed matter physics and many-body models using such a superconducting resonator lattice system. The experimental feasibility is discussed using the currently available technology in the circuit QED.     

量子相变和量子临界现象

本文综述凝聚态物理学中的量子相变和量子临界现象,首先考察了相变中存在量子效应的可能性,通过横磁场Ising模型介绍了量子相变的基本特征;接下来对照热临界现象,引入了量子标度和量子重正化的基本概念和操作方式;然后利用量子临界现象的方案,分析了密度驱动、无序驱动和关联驱动的金属-绝缘体相变;继续利用量子临界性的概念探讨如重电子化合物、铜氧化物和巡游铁磁体这类复杂的相互作用多粒子系统;最后选择量子点、碳纳米管和单层石墨为例,介绍了量子临界性在低维和纳米系统研究中的作用.     

Quantum Phase Properties of Photon Added and Subtracted Displaced Fock States

Quantum phase properties of photon added and subtracted displaced Fock states (and their limiting cases) are investigated from a number of perspectives, and it is shown that the quantum phase properties are dependent on the quantum state engineering operations performed. Specifically, the analytic expressions for quantum phase distributions and angular Q distribution as well as measures of quantum phase fluctuation and phase dispersion are obtained. The uniform phase distribution of the initial Fock states is observed to be transformed by the unitary operation (i.e., displacement operator) into non‐Gaussian shape, except for the initial vacuum state. It is observed that the phase distribution is symmetric with respect to the phase of the displacement parameter and becomes progressively narrower as its amplitude increases. The non‐unitary (photon addition/subtraction) operations make it even narrower in contrast to the Fock parameter, which leads to broadness. The photon subtraction is observed to be a more powerful quantum state engineering tool in comparison to the photon addition. Further, one of the quantum phase fluctuation parameters is found to reveal the existence of antibunching in both the engineered quantum states under consideration. Finally, the relevance of the engineered quantum states in the quantum phase estimation is also discussed.     

含有Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的自旋1键交替海森伯模型的量子相变和拓扑序标度

利用张量网络表示的无限矩阵乘积态算法研究了含有Dzyaloshinskii-Moriya (DM)相互作用的键交替海森伯模型的量子相变和临界标度行为.基于矩阵乘积态的基态波函数计算了系统的量子纠缠熵及非局域拓扑序.数据表明,随着键交替强度变化,系统从拓扑有序的Haldane相转变为局域有序的二聚化相.同时DM相互作用抑制了系统的二聚化,并最终打破系统的完全二聚化.另外,通过对相变点附近二聚化序的一阶导数和长程弦序的数值拟合,分别得到了此模型相变的特征临界指数a和b的值.结果表明,随着DM相互作用强度的增强, a逐渐减小,同时b逐渐增大. DM相互作用强度影响着此模型的临界行为.针对此模型的临界性质的研究,揭示了量子自旋相互作用的彼此竞争机制,对今后研究含有DM相互作用的自旋多体系统中拓扑量子相变临界行为提供一定的借鉴与参考.     

光腔中两组分玻色-爱因斯坦凝聚体的受激辐射特性和量子相变

研究了单模光腔中两组分玻色-爱因斯坦凝聚的基态性质和相关的量子相变.通过利用自旋相干态变换将等效赝自旋哈密顿算符对角化并求得基态能量泛函.基态能量泛函对其经典场变量进行变分并取极小值,得到光子数解和相边界曲线.通过稳定性讨论发现系统除了出现正常相和超辐射相之外,还得到了多稳的宏观量子态;受激辐射来自于原子数反转的集体态,单组分的Dicke系统中并没有此现象;受激辐射只能从一组分的原子中产生,而另外的仍保持在普通超辐射状态.通过调整相关的原子-场耦合强度和频率失谐,超辐射和受激辐射态的顺序可以在原子的两个组分之间互换.     

Quantum metrology

The statistical error is ineluctable in any measurement. Quantum techniques, especially with the development of quantum information, can help us squeeze the statistical error and enhance the precision of measurement. In a quantum system, there are some quantum parameters, such as the quantum state, quantum operator, and quantum dimension, which have no classical counterparts. So quantum metrology deals with not only the traditional parameters, but also the quantum parameters. Quantum metrology includes two important parts： measuring the physical parameters with a precision beating the classical physics limit and measuring the quantum parameters precisely. In this review, we will introduce how quantum characters （e.g., squeezed state and quantum entanglement） yield a higher precision, what the research areas are scientists most interesting in, and what the development status of quantum metrology and its perspectives are.     

利用超导量子电路模拟拓扑量子材料

近年来,探索新的拓扑量子材料、研究拓扑材料的新奇物理性质成为凝聚态物理领域的一个热点.但是,由于合成、测量等手段的限制,人们难以在真实材料中实现和观测很多理论预言的材料及其物理性质,促使量子模拟日益成为研究量子多体系统的一个重要手段.作为全固态器件,超导量子电路是一个在扩展性、集成性、调控性上都具有巨大优势的人工量子系统,是实现量子模拟的重要方案.本文总结了利用超导量子电路对时间-空间反演对称性保护的拓扑半金属、Hopf-link半金属和Maxwell半金属等拓扑材料的量子模拟,显示出超导量子电路在模拟凝聚态物理系统方面具有广阔前景.     

单轴压力下Ge2X2Te5(X=Sb,Bi)薄膜拓扑相变的第一性原理研究

随着拓扑绝缘体的发现, 材料拓扑物性的研究成为凝聚态物理研究的热点领域. 本文基于第一性原理计算, 研究了化合物Ge₂X₂Te₅ (X=Sb, Bi) 的块体结构和二维单层和双层薄膜结构的拓扑物性, 以及单双层薄膜在垂直方向单轴压力下的拓扑量子相变. 研究发现, A型原子序列排列的这两种化合物都是拓扑绝缘体, 其单层薄膜都是普通金属, 而双层薄膜都是拓扑金属, 单层和双层薄膜在单轴加压过程中都没有发生拓扑量子相变; 这两种化合物的B型原子序列的晶体是普通绝缘体, 其所对应的薄膜, Ge₂Sb₂Te₅单层是普通金属, 双层薄膜和Ge₂Bi₂Te₅的单层和双层薄膜均为普通绝缘体, 但是在单轴加压过程中B 型原子序列所对应的单层和双层薄膜都转变为拓扑金属.     

Quantum oscillations and nontrivial transport in(Bi_(0.92)In_(0.08))_2Se_3

Quantum phase transition in topological insulators has drawn heightened attention in condensed matter physics and future device applications.Here we report the magnetotransport properties of single crystalline(Bi_(0.92)In_(0.08))_2Se_3.The average mobility of～1000 cm~2·V~(-1)·s~(-1)is obtained from the Lorentz law at the low field(3 T)up to 50 K.The quantum oscillations rise at a field of～5 T,revealing a high mobility of～1.4×10~4cm~2·V~(-1)·s~(-1)at 2 K.The Dirac surface state is evident by the nontrivial Berry phase in the Landau–Fan diagram.The properties make the(Bi_(0.92)In_(0.08))_2Se_3a promising platform for the investigation of quantum phase transition in topological insulators.