量子力學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用

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1、量子力學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用1I）量子理論的誕生量子論的生日—1900年12月14日。M.Planck：在柏林物理學(xué)會上報告他的公式（普朗克公式）的量子說明——輻射能量在吸收或發(fā)射時以整個量子進行，頻率為的輻射振子的能量為。這就宣告了量子論的誕生。M.Planck,Ann.Physik,4(1901)553.2II）量子力學(xué)是甚么？量子力學(xué)是什么？量子力學(xué)，更廣泛地說——量子理論，是研究微觀世界物質(zhì)運動和變化的基本規(guī)律的科學(xué)。由于我們宏觀物質(zhì)全是由微觀物質(zhì)組成的，宏觀世界全部建立在微觀世界上面。因此，量子力學(xué)便無處不在、普遍適用。3III

2、）自誕生起至今，它的勢頭（1）自從量子理論誕生以來，它的發(fā)展和應(yīng)用一直廣泛深刻地影響、促進和觸發(fā)人類物質(zhì)文明的大飛躍。近80年的人類全部歷史可以作證。如果還不信，舉例，可以把所有學(xué)科名稱前面冠以“量子”二字，就會發(fā)現(xiàn)：已經(jīng)形成或?qū)⒁纬梢婚T新的理論、一門新的學(xué)問。物理學(xué)內(nèi)部就有很多這種情況。不必說物理學(xué)中以量子力學(xué)為主要理論支柱的學(xué)科；單是直接添加這兩個字就形成新學(xué)問的就有：光學(xué)—量子光學(xué)電子學(xué)—量子電子學(xué)電動力學(xué)—量子電動力學(xué)統(tǒng)計力學(xué)—量子統(tǒng)計力學(xué)經(jīng)典場論—量子場論在物理學(xué)之外也是大量的：化學(xué)—量子化學(xué)生物學(xué)—量子生物學(xué)宇宙學(xué)—

3、量子宇宙學(xué)網(wǎng)絡(luò)—量子網(wǎng)絡(luò)信息論—量子信息論計算機—量子計算機就連投機家所羅斯的基金會也時髦的冠以“量子”二字：“量子基金會”4自誕生起至今，它的勢頭（續(xù)2）百年（1901—2002）來總共頒發(fā)NobelPrize96次（其中1916,1931,1934,1940,1941,1942共6年未頒獎）單就物理獎而言：直接由量子理論得獎或與量子理論密切相關(guān)而得獎的次數(shù)有57次（直接由量子理論得獎25次）5自誕生起至今，它的勢頭（續(xù)3）Nature雜志2000年總結(jié)100年來在它上面發(fā)表的文章。從登載的數(shù)千篇文章中精選出21篇具有里程碑性的

4、文章。其中與量子力學(xué)有關(guān)的竟占14篇。量子理論自20世紀20年代創(chuàng)立以來，直到現(xiàn)在，已逐步成為核物理、粒子物理、凝聚態(tài)物理、超流和超導(dǎo)物理、半導(dǎo)體物理、激光物理等眾多物理分支學(xué)科的共同理論基礎(chǔ)。而且在量子理論的框架內(nèi)建立了弱電統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)模型；量子理論進入了宇宙起源和黑洞理論。總之，量子理論誕生后這80年來的發(fā)展，使得：量子理論成為整個近代物理學(xué)的共同理論基礎(chǔ)。6IV）自20世紀80年代以來，量子力學(xué)又有很大發(fā)展（除BEC及其應(yīng)用這一大塊之外）量子信息論和量子計算機：位(bit)—量子位(qubit){既是Yes又是No：

5、Yes>

6、+

7、No>}存貯器—量子存貯器{各個位不一定有確定的狀態(tài)}邏輯門—量子邏輯門網(wǎng)絡(luò)—量子網(wǎng)絡(luò)算法—量子算法{DeutschDFTShorGrover}{并行計算、超高速、超大容量}通訊—量子通訊{超大容量、天然保密}編碼—量子編碼密碼—量子密碼密鑰—量子密鑰經(jīng)典可克隆—量子不可克隆{經(jīng)典克隆是硬件克隆；量子克隆是軟硬件全部克隆，原理上不可能}經(jīng)典通訊的定域傳播—量子通訊的非定域傳播7例如：LovK.Grover“QuantumMechanicsHelpsinSearchingforaNeedleinaHaystack”Phys

8、icalReviewLetters,Vol.79,No.2,1997“量子力學(xué)幫助在干草堆里找一根針”物理評論快報，第79卷，第2期，1997年8V）當(dāng)前量子力學(xué)的重要應(yīng)用量子生物學(xué)量子生命科學(xué)量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)量子化學(xué)量子材料科學(xué)量子信息科學(xué)量子計算機科學(xué)BEC器件、原子器件目前，它正在向材料科學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、信息科學(xué)、計算機科學(xué)大規(guī)模滲透。預(yù)計不久的將來它將會成為整個近代科學(xué)共同的理論基礎(chǔ)9VI）量子力學(xué)的基礎(chǔ)和邏輯框架（1）量子力學(xué)的主要線索：2——兩組基本實驗：波性、粒子性實驗1——一個基本圖象：波粒二象性3——三大基本特征：

9、或然、分立、不確定性5——五大基本公設(shè)：波函數(shù)、算符、測量、動力學(xué)方程、全同性原理另有：3——測量過程的3階段：糾纏分解、波包塌縮、初態(tài)演化2——兩種因果律：決定論的、或然的1——一個中心任務(wù)：幾率幅計算10量子力學(xué)的基礎(chǔ)和邏輯框架（續(xù)2）兩類實驗基礎(chǔ)——微觀粒子具有波粒二象性光原是“波”——現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)它又具有粒子性電子原是“粒子”——現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)它又具有波動性實驗給出微觀粒子一個基本圖象——波粒二象性（對波動的）Einstein關(guān)系：（對粒子的）deBroglie關(guān)系：量子力學(xué)的總結(jié)：（派生出的）三大基本特征：幾率幅描述量子化現(xiàn)象不確

10、定性關(guān)系11量子力學(xué)的基礎(chǔ)和邏輯框架（續(xù)3）（歸納成）邏輯結(jié)構(gòu)——五大公設(shè)：第一公設(shè)—波函數(shù)公設(shè)第二公設(shè)—算符公設(shè)第三公設(shè)—測量公設(shè)第四公設(shè)—動力學(xué)演化公設(shè):Schr?dinger方程公設(shè)第五公設(shè)—微觀粒子全同性原理公設(shè)量子測量的三個過程：糾纏分解