探索量子与经典的界限——宏观系统内Leggett Garg不等式的实验检验

正量子力学是现代物理学的支柱理论,它精确地描述了微观世界的粒子行为。以量子理论为基础,人类发展出半导体、激光、核磁共振、电子显微镜、量子信息等一系列重大技术。量子力学的应用极大促进了人类物质文明的进步,然而,关于量子力学的理解与表述却众说纷纭,至今争议不断~[1]。量子力学使用波函数描述系统状态,它允许     

量子理论在自然科学中的扩展和对社会科学的影响

 刚刚过去的20世纪可以说是物理学中量子理论对人类文化及人类社会产生空前影响的世纪。具体表现是,量子力学首先在物理学的其他领域产生革命性影响,又扩展到了化学、生物学等领域,进而又影响了哲学社会科学,影响人们的思想和认知观念。量子观念刚刚诞生就对黑体辐射、光电效应、氢原子光谱等问题的解决显示出了独特能力。1928年,那时奇妙的微观世界才刚刚展示它的底蕴,人们只知道两个粒子(质子和电子),但量子理论却非常成功地解答了一连串的物理之谜,使人们终于正确地掌握了氢原子和氢分子的形成,隧道效应也开始帮助人们了解放射性核的α衰变。     

无反射势阱中粒子运动的双波函数描述

应用双波函数量子理论,得到了描述无反射势阱中单粒子运动状态的力学量的时间演化方程,而通常量子力学中的平均值公式可描述为双波函数对某类系综的平均结果。 关键词：     

双波量子理论中的守恒定律

研究了双波量子理论中守恒定律的数学形式,讨论了三维各向同性谐振子的守恒量及其经典极限.结果表明,双波量子理论中的守恒定律适用于单个粒子,而通常量子力学中的守恒定律仅适用于统计系综. 关键词：     

爱因斯坦对量子理论发展的重要影响

结合20世纪量子力学发展的特殊历史背景,从早期的量子论到现行量子力学理论体系的形成和完善过程出发,讨论了爱因斯坦在量子力学方面的重要工作,指出他在量子理论发展的不同时期都发挥了重要作用,对量子力学理论的研究产生了重要而又深远的影响,极大地促进了量子力学的发展.     

均匀外电场中带电谐振子运动的双波函数描述

用双波函数量子理论描述电谐振子在均匀外电场中的运动，得到对单个带电谐振子运动状况的完全描述。通常量子力学中的期望值公式为双波函数对某一类系综的平均结果。     

对于“包含在连续谱量子体系中的决定论性”一文的讨论

对于具有连续能谱的单粒子量子体系,“包含在连续谱量子体系中的决定论性”一文用所谓“双波函数”来描述处于能量本征态的粒子系综中各粒子的量子行为,并且在所谓的“等价定理”中称:双波函数描述在经典极限下将化为经典力学描述.然而,此描述所给出的系综力学量观测值统计分布的预言与通常量子力学不相容;并且,该文对其“等价定理”的证明是不正确的,这个“定理”实际上不成立 关键词： 连续能谱量子体系 双波函数 经典极限     

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.     

核磁共振中的量子控制

近年来, 随着量子信息科学的发展, 对由量子力学原理描述的微观世界的主动调控已成为重要的前沿研究领域. 为构造实际的量子信息处理器, 一个关键的挑战是: 如何对处于噪声环境下的量子体系实现一系列高精度的任意操作, 以完成目标量子信息处理任务. 为此, 人们将经典系统控制论的思想方法延伸到量子体系的领域, 提出了大量的量子控制方法以及相关的数值技术(如量子优化控制、量子反馈控制等), 并取得了丰富的研究成果. 核磁共振自旋体系具备成熟的系统理论和操控技术, 为量子控制方法的实用性研究提供了优秀的实验测试平台. 因此, 基于核磁共振的量子控制成为量子控制领域的重要方向. 本文简要介绍了量子控制的基本概念和方法; 从系统控制论的角度对核磁共振自旋体系的基本原理和重要控制任务做了阐述; 介绍了近些年来在该领域发展的相关控制方法及其应用; 对基于核磁共振体系的量子控制的进一步的研究做了几点展望.     

冷原子穿越激光束的量子隧穿时间

原子通过激光冷却技术能够被制备在低温状态，这时冷原子云会展现出量子力学的波动性.研究了一束冷原子入射到一个蓝失谐的激光束上所表现出的量子力学隧穿效应.蓝失谐的激光束相对于冷原子而言等效于一个量子力学势垒.根据二能级模型，在理论上分析了具有内部结构的原子矢量物质波穿过激光束的量子力学反射与透射，特别是对原子穿越激光束所需的时间——量子隧穿时间进行了详细的研究.量子力学波动性使得冷原子穿越一个激光束时明显地展现出与经典粒子(热原子)不同的结果. 关键词： 冷原子 原子光学 量子隧穿     

电场对量子阱中自由载流子光辐射线宽的影响

本文对固体中在较大空间范围运动的粒子采用轨道、动量及波包来描述。根据量子力学测不准关系, 粒子的能量测不准公式被导出。公式表明, 电场强烈地散射载流子, 使载流子所处能级大为展宽。应用该公式到Ｐ－Ｉ－Ｎ结构的ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ 多量子阱中, 理论计算的光辐射线宽与光致荧光实验测得的线宽吻合。     

突破原子基石论 人类认识深入到微观世界（下）——一科学发展的人文历程漫话之十二

论述了突破原子基石论、建立经典量子理论之后,人类认识深入到微观世界的曲折过程及思想观念的艰难转变,包括微观粒子二象性的发现、微观粒子运动规律的发现、有关量子力学问题的世纪争论、量子关联性的发现．     

利用五粒子簇态实现四粒子态的量子隐形传态

主要研究了运用五粒子簇态作为量子通道来实现特殊形式的四粒子态的量子隐形传态方案.该方案运用了量子力学中量子纠缠的理论.在这个方案中,发送者只需要进行五粒子冯·诺依曼投影测量,接收者根据发送者的测量结果,通过在其量子位上执行一些适当的幺正变换得出原始的四量子比特状态.提出的这个方案可以很好地应对一般的窃听方式.     

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。     

氢原子的固有电偶极矩

用经典力学和双波量子力学计算了氢原子的固有电偶极矩。双波量子理论算得的结果在经典极限下与经典力学的结果一致。普通量子力学对氢原子Stark效应中表现出来的电偶极矩难以做出很好的解释，因为一个波函数描述的是系综而不是单个粒子。经典力学和双波量子力学可描述单个粒子的行为，对永久电偶极矩的计算和解释显得自然而合理。     

电场对量子肼中自由载流子光辐射线宽的影响

本文对固体中在较大空间范围运动的粒子采用轨道、动量及波包来描述。根据量子力学测不准关系,粒子的能量测不准公式被导出。公式表明,电场强烈地散射载流子,使载流子所处能级大为展宽。应用该公式到Ｐ－Ｉ－Ｎ结构的ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ多量子阱中,理论计算的光辐射线宽与光致荧光实验测得的线宽吻合。     

推动人类文明与进步的物理学：量子理论（一）

量子理论是关于微观客体的理论。它基于物质的波粒二象性。在量子力学的基础上建立了原子物理理论、原子核理论和凝聚态物理理论。它统一解释了原子和分子的各种光谱，统一解释了元素周期表，统一解释了各种分子键，统一解释了各种物性、现象，它推动了物理，化学甚至生物学的统一进程。但是它不能处理粒子的产生、湮没等现象。     

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.     

量子力学的整体性概念和概率诠释的物理内涵

本文回答了文献1～2对量子力学提出的疑问.基于量子力学的整体性概念指出,Landau和Lifshitz给出的一维无限深方势阱中粒子的动能概率分布函数是正确的,Pauli等人给出的概率分布函数是不正确的.从量子测量理论的角度讨论了一维谐振子的动量概率分布问题,并且指出势能大于本征能量的概率不为零并不表示存在负动能的概率分布区域。     

量子计算机理论中的量子叠加和量子纠缠

讨论了量子计算、量子通讯与量子计算机中的核心问题 量子叠加和量子纠缠. 从量子态表示量子信息为出发点, 指出有关量子信息的所有问题都可采用量子力学理论来处理. 其中信息的演变遵从薛定谔方程, 信息的传输就是量子态在量子通道中的传送, 信息处理就是量子态的幺正变换, 信息提取则是对量子系统实行量子测量.