量子力学的发展和应用

*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,量子力学的发展和应用,1,I,）量子理论的诞生,量子论的生日,1900,年,12,月,14,日。,M.Planck,：,在柏林物理学会上报告他的公式（普朗克公式）的量子说明,辐射能量在吸收或发射时以整个量子进行，频率为 的辐射振子的能量为 。这就宣告了量子论的诞生。,M.Planck,Ann.Physik,4(1901)553.,2,II,）量子力学是甚么？,量子力学是什么？,量子力学，更广泛地说,量子理论，是研究微观世界物质运动和变化的基本规律的科学。,由于我们宏观物质全是由微观物质组成的，宏观世界全部建立在微观世界上面。因此，量子力学便无处不在、普遍适用。,3,III,）自诞生起至今，它的势头（,1,）,自从量子理论诞生以来，它的发展和应用一直广泛深刻地影响、促进和触发人类物质文明的大飞跃。近,80,年的人类全部历史可以作证。,如果还不信，举例，可以把所有学科名称前面冠以“量子”二字，就会发现：已经形成或将要形成一门新的理论、一门新的学问。物理学内部就有很多这种情况。不必说物理学中以量子力学为主要理论支柱的学科；单是直接添加这两个字就形成新学问的就有：,光学,量子光学,电子学,量子电子学,电动力学,量子电动力学,统计力学,量子统计力学,经典场论,量子场论,在物理学之外也是大量的：,化学,量子化学,生物学,量子生物学,宇宙学,量子宇宙学,网络,量子网络,信息论,量子信息论,计算机,量子计算机,就连投机家所罗斯的基金会也时髦的冠以“量子”二字：“量子基金会”,4,自诞生起至今，它的势头（续,2,）,百年（,19012002,）来总共颁发,Nobel Prize,96,次,（,其中,1916,1931,1934,1940,1941,1942,共,6,年未颁奖,）,单就物理奖而言：直接由量子理论得奖,或与量子理论密切相关而得奖的次数有,57,次,（直接由量子理论得奖,25,次）,5,自诞生起至今，它的势头（续,3,）,Nature,杂志,2000,年总结,100,年来在它上面发表的文章。从登载的数千篇文章中精选出,21,篇具有里程碑性的文章。其中与量子力学有关的竟占,14,篇。,量子理论自,20,世纪,20,年代创立以来，直到现在，已逐步成为核物理、粒子物理、凝聚态物理、超流和超导物理、半导体物理、激光物理等众多物理分支学科的共同理论基础。而且在量子理论的框架内建立了弱电统一的标准模型；量子理论进入了宇宙起源和黑洞理论。,总之，量子理论诞生后这,80,年来的发展，使得：,量子理论成为整个近代物理学的共同理论基础。,6,IV,）自,20,世纪,80,年代以来，量子力学又有很大发展,（除,BEC,及其应用这一大块之外）,量子信息论和量子计算机：,位,(bit),量子位,(qubit),既是,Yes,又是,No,：,|Yes+|No,存贮器,量子存贮器,各个位不一定有确定的状态,逻辑门,量子逻辑门,网络,量子网络,算法,量子算法,DeutschDFT,Shor,Grover,并行计算、超高速、超大容量,通讯,量子通讯,超大容量、天然保密,编码,量子编码,密码,量子密码,密钥,量子密钥,经典可克隆,量子不可克隆,经典克隆是硬件克隆；量子克隆是软硬件全部克隆，原理上不可能,经典通讯的定域传播,量子通讯的非定域传播,7,例如：,Lov,K.Grover,“Quantum Mechanics Helps in Searching,for a Needle in a Haystack”,Physical Review Letters,Vol.79,No.2,1997,“,量子力学帮助在干草堆里找一根针”,物理评论快报，第,79,卷，第,2,期，,1997,年,8,V,）当前量子力学的重要应用,量子生物学,量子生命科学,量子神经网络,量子化学,量子材料科学,量子信息科学,量子计算机科学,BEC,器件、原子器件,目前，它正在向材料科学、化学、生物学、信息科学、计算机科学大规模渗透。,预计不久的将来它将会成为,整个近代科学共同的理论基础,9,VI,）量子力学的基础和逻辑框架（,1,）,量子力学的主要线索：,2,两组基本实验：波性、粒子性实验,1,一个基本图象：波粒二象性,3,三大基本特征：或然、分立、不确定性,5,五大基本公设：波函数、算符、测量、,动力学方程、全同性原理,另有：,3,测量过程的,3,阶段：纠缠分解、波包塌缩、,初态演化,2,两种因果律：决定论的、或然的,1,一个中心任务：几率幅计算,10,量子力学的基础和逻辑框架（续,2,）,两类实验基础,微观粒子具有波粒二象性,光原是“波”,现在发现它又具有粒子性,电子原是“粒子”,现在发现它又具有波动性,实验给出微观粒子一个基本图象,波粒二象性,（对波动的）,Einstein,关系：,（对粒子的）,de Broglie,关系：,量子力学的总结：,（派生出的）三大基本特征：,几率幅描述,量子化现象,不确定性关系,11,量子力学的基础和逻辑框架（续,3,）,（归纳成）逻辑结构,五大公设：,第一公设,波函数公设,第二公设,算符公设,第三公设,测量公设,第四公设,动力学演化公设,:Schrdinger,方程公设,第五公设,微观粒子全同性原理公设,量子测量的三个过程：,纠缠分解,波包塌缩（随机、不可逆、破坏相干性、非定域）,初态演化,两种因果律的交织,第一类态变化：,状态演化,运动方程初条件。决定论的、可逆的、保持相干性。,第二类态变化：,状态测量,这是一次随机的、不可逆的、破坏相干性的、非定域的“选择”。,一个中心任务的改变：,“非对易代数运动方程,算符方程求解”,到,“几率幅约束条件,路,径积分计算”。,12,假如一个人不为量子论感到困惑，那他就是没有明白量子论。,尼尔斯,玻尔,我想我可以放心地说，没有谁理解量子力学（,I,think I can,savely,say,nobody understands quantum mechanics,）。,R.P.,费曼，,1963,测量过程包含着深邃的不可逆性原理。,L.,朗道,1956,13,爱因斯坦,：,自然界最不可理解的就是，它竟,然是可以理解的！,It is the strangest,that existence,shows a universal order!,14,道可道，非常道；,名可名，非常名。,老子,道德经,路曼曼其修远兮，,吾将上下而求索。,屈原,离骚,15,谢谢！,16,