结合具体问题探讨电动力学的教与学

针对电动力学课程理论性强、概念抽象的特点,采取了由简到繁、由特殊到一般,强调物理意义的教学方法,注重培养学生逻辑推导和思维能力,激发学生对电动力学的学习兴趣,从而提高教学质量.     

多模腔场与耦合原子之间量子纠缠信息的传递规律

提出了多个“耦合双原子-腔-多模光场”相互作用系统的集合模型,发现了该物理系统中量子纠缠信息的传递规律.即：处于基态的原子以特定速度通过处于纠缠态的腔场时,原子能够将光场的纠缠信息据为已有;反之,纠缠原子以特定速度通过真空场时,原子能把纠缠信息释放于腔中,这样便实现了腔-原子之间纠缠信息的交换传递.利用原子能够捡起、释放量子纠缠信息的特点,进一步实现腔-腔之间异地量子纠缠信息的传递.在不同条件下,量子纠缠信息还可以保持.     

含多个相干耦合人工原子的单模腔的输入输出特性

在以往的腔量子电动力学(QED)系统中原子气通常被处理成单个原子,从而得到诸如拉比劈裂、单光子阻塞等现象.受益于超导电路QED的发展,超导量子比特(SQUID)可以被看成人工原子,它们之间通过LC谐振子失谐的耦合会构成人工原子间的等效相干耦合.基于此,研究了具有相干耦合的多个人工原子对单模腔输入输出的影响,并从缀饰态的角度对透射谱进行了分析.结果发现包含多个相干耦合人工原子的单模腔,其透射谱与只含单个原子的腔显著不同,更重要的是透射峰的数目并不会随着人工原子数的增加而增加,最多只有3个透射峰.为了解释这种透射谱的规律,应用全量子理论,计算了整个系统在不含耗散时单能量子情况下的本征值和本征态.原则上,有几个粒子,就会形成几个缀饰态,理论上就会出现几个透射峰.然而本文发现存在一些不包含光子成分的缀饰态,它们并不贡献透射峰.而原子数增多后会出现透射峰劈裂,这对应着能级避免交叉现象,本文从缀饰态角度进行了说明.从这些缀饰态的具体形式上很多都具有多体纠缠的性质.因此采用这样一种包含多个相干耦合人工原子的单模腔,将有利于构建多体纠缠态,在未来也可以通过透射率的变化,探知腔内多体纠缠态的形式.     

一个电动力学矢量公式的分析应用与推广

电动力学的研究对象是电磁场的基本属性,电磁场的运动规律以及它和带电物质之间的相互作用.本文通过探究一个电动力学中的常见问题：已知极化强度求解束缚电荷的体密度,使学生在情境中产生疑难,在疑难中发现新问题,激发学生的认知冲突.在教学过程中,重视知识和方法的应用及迁移,引起学生积极思维,培养学生科学思维和科学探究的能力.     

亥姆霍兹对电动力学发展的重要影响

文章结合19世纪70年代电动力学发展的特殊历史背景,从理论和实验两个角度讨论了亥姆兹在电动力学方面的重要工作,指出他要促使我们接受麦克斯韦理论以及引导赫兹成功地发现电磁波方面都发挥了重要作用,对赫兹和洛伦兹的电动力学理论研究产生了重要而又深远的影响,从而极大促进了经典电动力学的发展。     

均匀带电的无限长直导线电势问题的正规化处理——一个将量子场论概念与方法融入本科教学的例子

若在基础物理课程的教学中合理融入现代物理学研究的概念与方法,则可使学生更好地理解所学知识的应用价值,从而为更高水平的教学和研究作准备。本文以均匀带电无限长直导线电势的计算为例,探讨了如何在本科二年级的电动力学课程教学中引入和渗透现代量子场论的一些概念和方法。具体内容包括良好的数学定义与病态的数学定义、发散积分的正规化、物理量与非物理量等。本文试图以较为浅显的方式来讲明这些对于本科生来说太过抽象的物理与数学概念,以帮助学生在未来学习量子场论等现代物理内容时更轻松自然地理解并使用其中的思想与方法,并对数学与物理中一些一般性的相关问题有更好的理解。     

Teleportation of two-atom entangled state in resonant cavity quantum electrodynamics

An alternative scheme is presented for teleportation of a two-atom entangled state in cavity quantum electrodynamics (QED). It is based on the resonant atom--cavity field interaction. In the scheme, only one cavity is involved, and the number of the atoms needed to be detected is decreased compared with the previous scheme. Since the resonant atom--cavity field interaction greatly reduces the interaction time, the decoherence effect can be effectively suppressed during the teleportation process. The experimental feasibility of the scheme is discussed. The scheme can easily be generalized to the teleportation of N-atom Greeninger--Horne--Zeilinger (GHZ) entangled states. The number of atoms needed to be detected does not increase as the number of the atoms in the GHZ state increases.     

Engineering three-dimensional maximally entangled states for two modes in a bimodal cavity

An alternative scheme is proposed for engineering three-dimensional maximally entangled states for two modes of a superconducting microwave cavity. In this scheme, an appropriately prepared four-level atom is sent through a bimodal cavity. During its passing through the cavity, the atom is coupled resonantly with two cavity modes simultaneously and addressed by a classical microwave pulse tuned to the required transition. Then the atomic states are detected to collapse two modes onto a three-dimensional maximally entangled state. The scheme is different from the previous one in which two nonlocal cavities are used. A comparison between them is also made.