2012量子力学第一章

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1、量子力学理学院于少英ysy@hutc.zj.cn7/23/20211引言一.量子力学的研究对象反映微观粒子运动规律的基础理论二.学习量子力学的必要性(量子力学的发展与应用)1.量子力学是近代物理的基础,20世纪物理学两个划时代的里程碑:(1)、狭义相对论，改变了牛顿力学的绝对时空观，指明了牛顿力学的适用范围(2)、量子力学，涉及物质运动形式的根本变革，经典物理学只适用描述一般宏观条件下的物质运动，微观世界只有量子力学才可以描述。7/23/202122.量子力学在自然科学的各领域获得广泛应用(生物、化学、信息科学、光学、统计等）3.量子力学与现代科技的发展密切相关

2、(原子能技术、激光、大规模集成电路、量子通讯、量子计算机）量子力学走向工业化已经势不可挡。4.物理专业本科生提高专业素质的需要，在物理学的任何领域工作，没有量子力学，是不可思议的。7/23/20213I）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)553.7/23/20214II）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

3、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。7/23/20215III）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。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

4、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”7/23/20216自诞生起至今，它的势头（续2）百年（1901—2002）来总共颁发NobelPrize96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）7/23/20217

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100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。7/23/20218IV）自20世纪80年代以来，量子力学又有很大发

6、展量子信息论和量子计算机：位(bit)—量子位(qubit){既是Yes又是No：

7、Yes>+

8、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{DeutschDFTShorGrover}{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7/23/20219V）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

9、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7/23/202110国家重点基础研究发展计划和重大科学研究计划2013年重要支持方向量子调控研究1.基于固态量子比特的量子计算研究固态体系中自旋退相干机理、抑制方法以及容错和纠错方案；研究固态结构中单电子自旋态的检测和操控，固态自旋之间的纠缠技术、可扩展性和多量子比特之间的微波调控技术，实现有代表性的运算门操作；研究基于自旋量子比特的量子模拟，拓展基于超导量子比特和线性谐振腔的量子计

10、算。2.冷原子及偶极量子