德布罗意标尺:利用物质波进行精密测量

<正>1923年,德布罗意提出一个全新的概念,这个革命性的概念表达形式非常简单:"可以将物质或能量的孤立部分与周期性现象相联系"。这个周期现象的德布罗意波长是λdB=h/mυ。德布罗意波向经典理论提出挑战。例如,在一个双缝中的电子衍射只可以假设为自由传播的非局域化的量子波。由于每个单一粒子可以用多     

Dicke模型的量子混沌和单粒子相干动力学特性

量子化的Dicke模型在非旋波近似条件下表现为量子混沌动力学特征.利用单粒子一阶时间关联函数,通过数值计算详细考察了Dicke模型中单粒子相干动力学特性.结果表明:当初始相干态处在混沌区域时,一阶时间关联函数曲线衰减较快,而当初始相干态处在规则区域时,一阶时间关联函数曲线衰减较慢,单粒子相干动力学对初态具有较强的敏感性,经典混沌抑制量子相干.考察单粒子相干动力学在相空间的平均演化性质,得到一种较好的量子经典对应关系.最后研究了相空间单粒子相干的整体动力学性质,更好地揭示了相空间的混沌和规则结构.     

概率波和非概率波

对于把克莱因-戈尔登方程当作是玻色子的方程的看法提出异议,认为它是所有微观粒子均要满足的方程,但它却不能成为任何一类粒子的波动方程.提出了克-戈方程中包含着概率和非概率两类波的概念,认为概率波还要遵从一个对时和空都是一阶导数的方程,这才是粒子的波动方程.不同种类粒子性质的不同则体现在他们概率波类型的不同上.     

从分数量子霍尔效应到拓扑量子计算*

分数量子霍尔效应系统是奇异的量子液体,其中的准粒子激发可以带分数电荷,甚至具有非阿贝尔的统计性质。理论研究表明,这些准粒子可以用来实现在硬件上可容错的量子计算,即拓扑量子计算。文章在介绍分数量子霍尔效应及其在拓扑量子计算中的潜在应用基础上,重点回顾了近五年来对填充因子为5/2的分数量子霍尔态中非阿贝尔准粒子的实验探测和部分相关理论诠释。     

量子:过去与现在

 量子概念代表了人类认识微观世界的核心观念，不仅说明了微观实物粒子存在的基本形式，而且描述了波与场所具有的粒子性特征。以量子力学为核心的现代量子理论，完整地描述了微观世界的量子行为。时至今日，虽然在量子力学基础方面，量子力学的含义还没有定论，但量子力学已成为现代科学的重要基石，导致了激光、半导体和核能技术的产生，深刻地影响了当代人类社会的生产力。     

开辟量子物理学实验领域的新时代——2012年诺贝尔物理学奖揭晓

2012年诺贝尔物理学奖授予法国科学家塞尔日·阿罗什和美国科学家大卫·维因兰德,以表彰他们"提出了突破性的实验方法,使测量和操控单个量子体系成为可能."瑞典皇家科学院认为:"单个粒子很难从周围环境中隔离观测,一旦它们与外界发生交互,通常会失去神秘的量子性质,使得量子     

1926年12月18日：刘易斯在给《自然》的信中造了“光子”一词

 在20 世纪初,普朗克和爱因斯坦提出了量子的概念,为物理界投下了震撼弹。爱因斯坦1905 年的论文讨论光的粒子本质,但他并没称这些粒子为光子,光子一词是由美国的物理化学家刘易斯（Gilbert Lewis）所创造出来的。     

玻色子凝聚,费米子排斥,“任意子”呢？

众所周知,粒子被划分为玻色子和费米子两大类.但是在特定的二维系统中,这种分类可能不再成立.在这些二维系统中存在着一种性质介于玻色子与费米子之间的粒子或类粒子激发.这类粒子于1982年被命名为“任意子”(anyon).任意子存在的基础是受到了物理学中诸如磁单极、Aharonov-Bohm效应、电荷和角动量量子化等这些奇妙又极有吸引力的概念的支撑. 哈佛大学的B.Halperin于1984年指出,分数量子霍耳效应理论中所讨论的元激发,其行为类似于任意子.他的这一观点为F.Wil-czek等许多科学家所肯定.此外,P.Ander-son在高温超导材料发现后不久就指出,…     

关于测不准关系的渊源的评述

在1926年夏天,量子理论的情况可以用两句话来表征:矩阵力学与波动力学在数学上的等价性已为薛定谔阐明,其数学方案的一致性(consistency)是很难怀疑的;但关于这一理论的物理解释却仍然争论得很厉害.薛定谔遵循德布罗意原来的思想,试图把“物质波”与电磁波相比,把它看成是三维空间中的实在的、可测量的波.因此,他倾向于讨论位形空间(configuration space)是三维(单粒子体系)的那些情况,并且希望量子理论中的那些“不合理的”(irration-al)性质,特别是量子“跳跃”(quantum jump),能够在波动力学中完全避免掉.一个体系的定态被定义为驻波,体…     

三体纯态的纠缠度与量子控制隐形传送的理论分析

对三体纯态,V.Coffman等提出了分布纠缠的概念及纠缠的度量"tangle".本文由变换算符出发,以三粒子作为量子通道对一个任意的粒子态实现控制隐形传送为例,给出纠缠度与量子控制隐形传态之间满足的关系.     

二粒子纠缠态受控传递的最佳量子通道

本文研究了如何在二粒子纠缠态的量子受控传递中选择最佳量子通道的问题。分别利用四粒子GHZ态和四粒子特殊"反关联GHZ态"作为量子通道,本文提出了二粒子反关联纠缠态的量子受控传递的两个方案。通过对比两个方案下接受者最后采取的幺正操作的具体矩阵形式,分析了待传量子纠缠态与量子通道的关系,指出了四粒子GHZ态和四粒子特殊"反关联GHZ态"分别是二粒子正关联和反关联纠缠态各自隐形传递应该选择的最佳的量子通道。     

一维晶格中全同任意子的量子动力学与关联

任意子介于玻色子与费米子之间,遵从奇特的分数统计,隐含着许多有趣的物理特性.本文研究了一维晶格中相互作用全同任意子的少体量子动力学及其量子关联性质.基于严格的数值方法,分析了任意子在晶格中局域粒子密度分布的动力学演化过程.结果表明,分数统计可以明显影响任意子动力学演化过程中实空间的局域粒子密度分布,产生新的动力学结构.特别地,当存在相互作用时,分数统计粒子的局域粒子密度分布会呈现有趣的依赖于相互作用性质的不对称性.最后计算了任意子的密度密度关联,分析了粒子统计性质和相互作用对体系量子关联的调制,同时进一步证实了任意子分数统计在实空间中的动力学效应.     

周期脉冲撞击的两分量Bose-Einstein凝聚系统的单粒子相干和对纠缠

在周期脉冲撞击的两分量Bose-Einstein凝聚系统中,研究了量子混沌对单粒子相干和对纠缠性质的影响.研究表明,混沌促使单粒子相干发生强烈衰减并保持着较低的相干度,同时对纠缠出现最大值并在较短时间后消失.利用单粒子相干的这种性质可以直接测量量子混沌存在的相空间结构,有利于预防Bose-Einstein凝聚的瓦解和控制凝聚体的混沌行为。     

量子计算新进展:硬件、算法和软件专题编者按

1980年, 美国科学家 Paul Benioff和前苏联科学家 Yuri Manin提出了量子计算的概念, 1981年诺贝奖费曼提出了量子模拟, 1985年David Deutsch证明了量子计算概念的普适性. 至此,完成了建立量子计算概念的第一个阶段. 1986-1993年, 是量子计算机研究的自由探索阶段. 19...     

混沌微扰导致的量子退相干

研究了无限深势阱内两个粒子的耦合导致的量子退相干和量子行为趋近于经典混沌运动的过程．当一个粒子的质量减小时,它对另外一个粒子经典混沌扩散的影响逐渐减小．强混沌机理使得轻粒子的作用类似于噪声,从而有效得抑制另外一个粒子的量子相干性．轻粒子的退相干效应随着有效普朗克常数的减小逐渐增强．在这个过程中,另外一个粒子的量子扩散从动力学局域化行为逐渐过渡到经典极限．当有效普朗克常数足够小时。它的量子扩散与经典混沌扩散相符合．该粒子的线性墒随时间演化迅速趋近于饱和值,并且饱和值随着有效普朗克常数减小以指数函数形式从零趋近于l.     

二粒子部分纠缠未知态的量子受控传递

提出了二粒子部分纠缠态的量子隐形传递控制方案.在该方案中,以四个二能级粒子GHZ态作为量子通道,把量子通道中的一个粒子作为控制粒子.在传递者和控制者进行一系列的量子操作和测量之后,根据他们的测量结果,接收者再进行适当的变换就能得到待传递粒子的量子态.     

利用一个三粒子W态隐形传送N粒子GHZ态

杨洪钦等提出一个用两个三粒子W态作为量子信道将N粒子GHZ态从发送者传送给两个接收者中任意一个的量子隐形传送方案. 给出其理论分析,并提出了一个仅用一个三粒子W态作为量子信道将N粒子GHZ态传送给两个接收者之一的量子隐形传送的方案. 关键词： 隐形传态 GHZ态 W态量子信道     

Majorana费米子与拓扑量子计算

1937年,Majorana发现Dirac所提出的相对论性协变的电子波动方程,在另一个表象下所得到解可以描述不带电荷的费米子,具有与Dirac费米子不同的性质。在基本粒子领域,对这种Majorana费米子的寻找至今一直在进行中;而在凝聚态物理领域,对拓扑超导体和分数量子霍尔态的研究,人们已经发现了与Majorana费米子有相同行为的准粒子。特别是在二维拓扑超导体系中出现的涡旋元激发包含了零能量的Majorana准粒子,它们在交换操作下表现出非阿贝尔的统计性质,因而有望借以实现拓扑量子计算。文章系统地介绍了凝聚态物质系统中获得Majorana费米子的理论模型和物理实现,并进一步介绍了与之相关的拓扑量子计算的实现方法。     

PbS半导体超微粒子的量子尺寸效应和光学性质

本文研究了PbS半导体超微粒子的量子尺寸效应和光学性质以及它们周围介电环境对其光学性质的影响,发现表面修饰有效地减少粒子表面缺陷,增加它们的发光强度。利用紧束缚模型,讨论了实验结果。     

量子势阱粒子群优化算法的改进研究

为提高量子势阱粒子群优化算法的优化能力, 通过分析目前量子势阱粒子群优化算法的设计过程, 提出了改进的量子势阱粒子群优化算法. 首先, 分别基于Delta势阱、谐振子和方势阱 提出了改进的量子势阱粒子群优化算法, 并提出了基于统计量均值的控制参数设计方法. 然后, 在势阱中心的设计方面, 为强调全局最优粒子的指导作用, 提出了基于自身最优粒子加权平均和动态随机变量的两种设计策略. 实验结果表明, 三种势阱粒子群优化算法性能比较接近, 都优于原算法, 且Delta势阱模型略优于其他两种.