复合粒子量子场论的微扰展开和规范不变问题

本文引入了复合粒子量子场论微扰展开的同阶概念,这一概念与没有复合粒子的理论是很不相同的.例如在量子电动力学中是借助耦合常数来定义同阶的,但在这里同阶的概念与出现在方程中的算子密切有关.本文对有束缚粒子参加的跃迁过程,分别情况给出了同阶费曼图的定义.最后,我们证明了只要对于复合粒子之间的电磁跃迁把同阶费曼图计算全,规范不变是自然的结果.     

绝热量子计算理论引介

本文引介绝热量子计算理论评述量子绝热定理最新的应用.基于量子绝热方法在最新的前沿领域量子计算中建立量子绝热算法.我们引介"局域量子绝热",并考虑了这一局域绝热概念对量子算法的可能应用.     

时间究竟是什么

物理学家们对于时间是什么有越来越多的争论,几十年来,他们试图将描述非常小的事物如何行事的量子力学理论与描述空间、时间和物质之间相互作用的广义相对论结合起来形成一个能描述整个宇宙的量子引力理论,加拿大佩里米特学院的理论物理学家斯莫林(L.Smolin)说:由于在广义相对论和量子理论中对于时间有迥异的概念,故如何在量子引力理论中协调时间的概念就成了一大难题.     

数学量子位与物理量子位的差别

本文讨论了量子位概念的数学定义和物理实现,指出了两者之间的差别.我们发现,量子信息研究中采用的量子位概念是数学的,不是物理的,而物理的量子位在应用中存在本质性的概念问题,包括无法读写,需要无穷大的精度,与经典熵的定义矛盾,等等.     

通量法则反例问题

近几年,围绕电磁感应定律的两个数学表达式各自的适用范围和彼此间的等价性问题进行了激烈的争论.这场争论引起笔者一个感想:欲通过争论明辨是非,需对命题和概念术语有共同的理解或约定.当然,很可能双方的分歧正在于命题该如何提出,概念术语应怎样定义.这是另一个层次的问题,虽然其中也会有观点的高低之分,定义的优劣之别,但有些只是各人的偏好与口味问题,不一定能得到是非对错的绝对判别. 电磁感应现象是法拉第于1831年发现的,电磁感应定律以他来命名,为举世所公认.但众所周知,法拉第本人并未给出这一定律的数学表达式,故以他的姓氏来特指…     

保真率与量子相变

量子相变是量子多体理论中的一个重要概念,保真度则是量子信息学的重要概念.文章简单介绍了一个量子系统的基态对系统参量的响应,即保真率,在量子相变中的行为.作为理解量子相变的一个新的视角,保真度方法的优势在于它是一个纯粹的几何学量,所以在研究相变过程中不需要考虑任何预设的序参量.文章用通俗的语言介绍了基态保真度、保真率、量子绝热维度以及它们的物理意义.为便于理解,文章以Lipkin-Meshkov-Glick模型与Kitaev蜂巢模型为例,对保真率在这两个模型中的性质做了简单介绍.     

保真率与量子相变

量子相变是量子多体理论中的一个重要概念,保真度则是量子信息学的重要概念.文章简单介绍了一个量子系统的基态对系统参量的响应,即保真率,在量子相变中的行为.作为理解量子相变的一个新的视角,保真度方法的优势在于它是一个纯粹的几何学量,所以在研究相变过程中不需要考虑任何预设的序参量.文章用通俗的语言介绍了基态保真度、保真率、量子绝热维度以及它们的物理意义.为便于理解,文章以Lipkin-Meshkov-Glick模型与Kitaev蜂巢模型为例,对保真率在这两个模型中的性质做了简单介绍.     

绝热量子计算理论引介

本文引介绝热量子计算理论评述量子绝热定理最新的应用。基于量子绝热方法在最新的前沿领域量子计算中建立量子绝热算法。我们引介"局域量子绝热",并考虑了这一局域绝热概念对量子算法的可能应用。     

普朗克的第二次量子假设

1900年12月14日,德国理论物理学家马克思·普朗克在德国物理学会上公布了他的第一次量子假设,这一假设的提出大大改变了物理学的进程,人们习惯地把这一天称之为量子概念的诞生纪念日;而在1911年2月3日,普朗克又一次提出了量子假设,我们把它称之为第二次量子假设.量子假设使物理学发生了一场深刻革命,这是众所周知的,但许多人对普朗克的第一次量子假设做了大量研究,而对普朗克为什么提出第二次量子假设却很少有人问津,并存在一些误解,认为普朗克提出第二次量子假设的行动是一种退却行动,在量子问题上普朗克一直持保守态度.对此我不敢苟同,并…     

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…     

基于路径积分分子动力学与热力学积分方法的高压氢自由能计算

在相图研究中, 严格计算一个真实系统在特定温度、压强下的自由能是近年来该领域理论方法发展的前沿. 自Mermin提出有限温度密度泛函理论后, 在电子结构层面, 弱关联系统中人们就其在对自由能贡献的描述已相对完善, 但在原子核运动的描述上, 热运动与量子运动的非简谐项却总被忽视. 本文将路径积分分子动力学与热力学积分结合, 对300 GPa下氢晶体Cmca 结构中原子核热涨落与量子涨落对自由能的影响进行了分析. 发现在100 K核量子涨落非简谐项的贡献约为15 meV每原子, 远大于不同结构间静态焓的差别. 该研究提醒人们简谐近似在核量子效应描述中可能存在的不准确性(即使在低温下). 同时, 我们采取的方法 也为人们进行自由能的准确计算提供了一个简单有效的手段.     

量子纠缠与宇宙学弗里德曼方程

量子纠缠作为量子信息理论中最核心的部分,代表量子态一种内在的特性,是微观物质的一种根本的性质,它是以非定域的形式存在于多子量子系统中的一种神奇的物理现象.熵也是量子信息理论的重要概念之一,纠缠熵作为量子信息的一个测度已经成为一种重要的理论工具,为物理学中的各类课题提供了新的研究方法.本文主要考虑量子纠缠的宇宙学应用,试图更好地从纠缠的角度来理解宇宙动力学.本文研究了量子信息理论的概念和宇宙学之间的深层联系,利用费米正则坐标和共形费米坐标构建了弗里德曼- 勒梅特-罗伯逊-沃尔克宇宙学弗里德曼方程和纠缠之间的联系.假设小测地球（a geodesic ball）的纠缠熵在给定体积下是最大的,可以从量子纠缠第一定律推导出弗里德曼方程.研究表明引力与量子纠缠之间存在着某种深刻的联系,这种联系对引力场方程的解是成立的.     

量子临界性

2011年2月出版的Physics Today杂志上,美国哈佛大学物理学教授Subir Sachdev和德国马克斯.普朗克固体物理研究所Bernhard Keimer所长撰文,就"量子临界性"做了详尽的阐述并指出,在绝对零温度下,由量子涨落导致的相变似乎是一个没有实验意义的、抽象的理论概念,但它却是我们理解众多实验现象的关键.     

非厄米线性响应理论及其应用

线性响应理论是现代物理实验尤其是量子物态测量实验的理论基础,其核心是将物理系统的探测信号作为微扰,利用系统在未受扰动时的关联函数来刻画物理可观测量的响应.半个多世纪以来,基于封闭量子系统的线性响应理论在量子物态测量实验上取得了巨大的成功.随着超冷原子实验在光场与系统相互作用精确操控方面的快速进展,近年来高精度的冷原子实验已经具备研究耗散量子多体系统的条件,新奇的物理现象在实验中层出不穷,这使得国内外研究者对量子开放系统及其非厄米物理的研究与日俱增.基于此,我们发展了一个量子开放系统的线性响应理论——非厄米线性响应理论.该理论将耗散带来的非厄米效应与量子噪声作为外部探测输入来探测量子系统的性质,并将实验可观测量的含时演化与系统未受扰动状态时的关联函数及其谱函数联系了起来,提供了区分正常物态和奇异物态的一种新手段,所得到的结果与最近冷原子系统实验的结果高度吻合.本文介绍了非厄米线性响应理论,并讨论该理论在量子多体系统以及具有时间反演对称性的量子系统中的应用.     

物理学的第二次量子革命

就物理学的基础问题而言,人类一直追求万物起源这一问题,希望了解万物是从哪儿来的,基本规律是什么。直到今天,这还是物理学的最大梦想。但有人会说,这个问题不是已经解决了吗？我们有基本粒子的“标准模型”,有牛顿的万有引力理论,还有爱因斯坦的广义相对论,这些已经把我们的世界解释得清清楚楚,很让人满意了。但实际上不是这样的。在标准模型提出40 年后的今天,没有一个物理学家认为标准模型是基本理论,大家都认为它只是一个近似的有效理论。基本粒子的起源到底是什么,不知道,这就是问题。爱因斯坦的广义相对论是非常漂亮的,好像这么漂亮的东西应该是个基本理论。但实际上也不是。广义相对论也是一个近似的有效理论。为什么呢？因为爱因斯坦的广义相对论是一个经典理论,和量子力学格格不入,虽然它很漂亮,但它只是一个漂亮的经典近似。它是从什么样的量子的结构中出来的？也不知道。所以,有没有更基本的、更漂亮的量子结构能把广义相对论、引力和基本粒子都搞出来,我觉得这还是基本物理学最大的未决问题。     

谈谈纠缠态

 在20世纪科学发展过程中,以量子力学为核心的量子物理无疑是最深刻、最有科学成就的科学理论之一。然而对量子物理的基本原理和概念的理解仍然存在一些问题。纠缠态概念的提出与进一步研究却为从理论上和实验上解决这些问题提供了一把极为重要的钥匙。也把关于量子力学问题的争论从思辨领域上升到了实验研究确证的领域。爱因斯坦提出了关于物理实在的定义,“要是对于一个体系没有任何干扰,我们能够确定地预测(即几率等于1)一个物理量的值,那末对应于这一物理量必定存在着一个物理实在的元素。”该定义与经典物理学是基本一致的。     

激光场的经典极限条件及其在量子门中的应用

当一个二能级原子(在量子计算中可看成一个量子位)与一相干光场作用时,一般来说原子将与光场关联,原子不再作幺正演化.这样,在量子计算中,即使不考虑量子位与环境的耦合,量子位态也将发生消相干;但当光场的平均光子数足够大时,可忽略它们之间的关联,原子则作幺正演化.本文详细说明了这一点,并指出大的平均光子数是实现量子计算中量子门的必要条件.     

讲授量子理论的一种方法(五)

五、海森伯测不准关系 上节描写的情况令人十分失望。当光子位置固定(如图23所示),其方向就不确定。当重新安排实验来弥补这一点(如图24所示),我们发现,要获得关于光子方向的信息必须以丧失其位置的信息为代价. 麻烦来自支配传播过程的波动行为及其几率解释.而且,由于波动行为是支配一切传播过程的基本原则,这样的麻烦肯定会一再遇到,而不是只和光子有关的特殊情况. 本节将更深入地研究这一观测的基本问题.我们将探讨在多大范围内可能同时测量一个量子的两个量:它的位置和动量.为此目的,我们将再次使用狭缝.我们设想,测量的行为发生在量子到…     

质量起源——量子色动力学与质量起源

 ……有读者可能会问：我们是不是离题了？既然量子色动力学中的胶子是无质量的，而夸克虽然有质量，但其质量是不可约化的。那么，量子色动力学与质量起源这一主题又能有什么关系呢？应该说，这是一个很合理的疑问。但量子色动力学的奇妙之处就在于，它形式上异常简洁，内涵却惊人地丰富。它宛如一坛绝世的佳酿，越品就越是回味无穷。在谈论质量起源问题的时侯，人们往往把注意力放在包含希格斯机制的电弱统一理论上，因为希格斯机制在登场伊始就打出了质量产生机制的响亮广告。但事实上我们将会看到，看似与质量起源问题无关的量子色动力学对这一问题有着非常独特而精彩的回答，从某种意义上讲，这一回答才是标准模型范围内的最佳回答。……     

正方体量子台球的半经典分析(英文)

近几年,量子台球问题引起人们的广泛兴趣.以前有很多对二维量子台球做过研究,相对于二维台球来说,三维台球更接近实际体系.本文以三维正方体量子台球为例,利用半经典闭合轨道理论计算了正方体量子台球中的经典开轨道,并研究量子谱函数与经典轨道长度之间的对应关系,发现他们之间对应的很好.这将有助于我们分析开放型量子台球中输运性质问题.利用这种方法物理图像清晰,计算量小并且可以帮助理解一些混沌体系的性质.这是半经典理论为联系量子力学与经典力学起桥梁作用的又一证明.