《大学基础物理学》农科用教材自作ppt课件-10量子力学基础2PPT格式课件下载.ppt

1、量子力学是甚么？量子力学是什么？量子力学，更广泛地说量子力学，更广泛地说量子理论，是研究微观世界量子理论，是研究微观世界物质运动和变化的基本规律的科学。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。遍适用。海 南 大 学海海 纳纳 百百 川川大大 道道 致致 远远第十章第十章 量子力学基础量子力学基础（Quantum mechanics）自从量子理论诞生以来，它的自从量子理论诞生以来，它的发展和应用一直广泛

2、深刻地影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响、促进和触发人类物质文明的大飞跃。近的大飞跃。近80年的人类全部年的人类全部历史可以作证。历史可以作证。如果还不信，举例，可以把如果还不信，举例，可以把所有学科名称前面冠以所有学科名称前面冠以“量子量子”二字，就会发现：已经形成二字，就会发现：已经形成或将要形成一门新的理论、一或将要形成一门新的理论、一门新的学问。物理学内部就有门新的学问。物理学内部就有很多这种情况。不必说物理学很多这种情况。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的学科；单是直接添加这两个字就形成新学问的就有：字就

3、形成新学问的就有：光学光学量子光学量子光学 电子学电子学量子电子学量子电子学 电动力学电动力学量子电动力学量子电动力学 统计力学统计力学量子统计力学量子统计力学 经典场论经典场论量子场论量子场论 在物理学之外也是大量的：在物理学之外也是大量的：化学化学量子化学量子化学 生物学生物学量子生物学量子生物学 宇宙学宇宙学量子宇宙学量子宇宙学 网络网络量子网络量子网络 信息论信息论量子信息论量子信息论 计算机计算机量子计算机量子计算机 就连投机家所罗斯的基金会也时髦的冠以就连投机家所罗斯的基金会也时髦的冠以“量量子子”二字：二字：“量子基金会量子基金会”自诞生起至今，它的势头自诞生起至今，它的势头海

4、南 大 学海海 纳纳 百百 川川大大 道道 致致 远远第十章第十章 量子力学基础量子力学基础（Quantum mechanics）自诞生起至今，它的势头一百年（一百年（19012007）来总共颁发）来总共颁发 Nobel Prize 101 次次（其中（其中1916,1931,1934,1940,1941,1942共共6年未颁年未颁奖）单就物理奖而言：直接由量子理论得奖奖）单就物理奖而言：直接由量子理论得奖 或与量子理或与量子理论密切相关而得奖的次数有论密切相关而得奖的次数有 59次次 （直接由量子理论得奖（直接由量子理论得奖26次）次）2005年，美国科学家罗伊年，美国科学家罗伊格劳伯、约翰

5、格劳伯、约翰霍尔和德国科学家特奥多尔霍尔和德国科学家特奥多尔亨施。他们因为亨施。他们因为“对光学相干的量子理论的贡献对光学相干的量子理论的贡献”和对基于激和对基于激光的精密光谱学发展作出了贡献而获奖。光的精密光谱学发展作出了贡献而获奖。海 南 大 学海海 纳纳 百百 川川大大 道道 致致 远远第十章第十章 量子力学基础量子力学基础（Quantum mechanics）自诞生起至今，它的势头 Nature杂志杂志2000年总结年总结100年来在它上面发表的文章。年来在它上面发表的文章。从登载的数千篇文章中精选出从登载的数千篇文章中精选出21篇具有里程碑性的文章。篇具有里程碑性的文章。其中与量子力

6、学有关的竟占其中与量子力学有关的竟占14篇。篇。量子理论自量子理论自20世纪世纪20年代创立以来，直到现在，已逐步年代创立以来，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、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；础。量子理论进入了宇宙起源和黑洞理论。总之，量子理论诞生后这总之，量子理论诞生后这80年来的发展，使得：量子理年来的发展，使得：量子理论成为整个近代物理学的共同理论基础。论成为整个近代物理学的共同理论基础

7、。海 南 大 学海海 纳纳 百百 川川大大 道道 致致 远远第十章第十章 量子力学基础量子力学基础（Quantum mechanics）自自20世纪世纪80年代以来，量子力学又有很大发展（除年代以来，量子力学又有很大发展（除BEC及及其应用这一大块之外）其应用这一大块之外）量子信息论和量子计算机：量子信息论和量子计算机：位位（bit）量子位量子位（qubit）既是既是Yes又是又是No：|Yes+|No 存贮器存贮器量子存贮器量子存贮器 各个位不一定有确定各个位不一定有确定的状态的状态 逻辑门逻辑门量子逻辑门量子逻辑门 网网络络量子网络量子网络 算法算法量子算法量子算法 DeutschDFTS

8、horGrover 并并行计算、超高速、超大容量行计算、超高速、超大容量通讯通讯量子通讯量子通讯 超大容量、天然保密超大容量、天然保密 编码编码量子编码量子编码密码密码量子密码量子密码 密钥密钥量子密钥量子密钥 经典可克隆经典可克隆量子不可克隆量子不可克隆 经典克隆是经典克隆是硬件克隆；量子克隆是软硬件全部克隆，硬件克隆；量子克隆是软硬件全部克隆，原理上不可能原理上不可能经典通讯的定域传播经典通讯的定域传播量子通讯的非定域量子通讯的非定域传播传播 中国科大合肥微尺度物质科学国家实验室中国科大合肥微尺度物质科学国家实验室37岁潘建伟教授和他岁潘建伟教授和他的同事杨涛、张强等在量子通信研究领域再获

9、重大突破，首次成的同事杨涛、张强等在量子通信研究领域再获重大突破，首次成功实现了复合系统量子态的隐形传输及六光子纠缠态的操纵。在功实现了复合系统量子态的隐形传输及六光子纠缠态的操纵。在最新出版的英国最新出版的英国自然自然杂志在其子刊杂志在其子刊自然自然物理学物理学以封面以封面文章形式发表了该研究成果，这是我国科学家首次在该杂志发表文章形式发表了该研究成果，这是我国科学家首次在该杂志发表封面文章。此前，潘建伟教授已经先后在封面文章。此前，潘建伟教授已经先后在自然自然杂志发表了杂志发表了8篇篇论文，在论文，在物理评论快报物理评论快报杂志发表了杂志发表了16篇论文。篇论文。海 南 大 学海海 纳纳

10、百百 川川大大 道道 致致 远远第十章第十章 量子力学基础量子力学基础（Quantum mechanics）当前量子力学的重要应用当前量子力学的重要应用 量子生物学量子生物学 量子生命科学量子生命科学 量子神经网络量子神经网络 量子化学量子化学 量子材料科学量子材料科学 量子信息科学量子信息科学 量子计算机科学量子计算机科学 BEC器件、原子器件器件、原子器件 目前，它正在向材料科学、化学、生物目前，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。学、信息科学、计算机科学大规模渗透。预预计不久的将来它将会成为：计不久的将来它将会成为：整个近代科学共整个近代科学共同的理论基础同的

11、理论基础海 南 大 学海海 纳纳 百百 川川大大 道道 致致 远远第十章第十章 量子力学基础量子力学基础（Quantum mechanics）量子力学的基础和逻辑框架（量子力学的基础和逻辑框架（1）2两组基本实验：波动性、粒子性实验两组基本实验：波动性、粒子性实验 1一个基本图象：波粒二象性一个基本图象：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、五大基本公设：波函数、算符、测量、动力学方程、全同性原理动力学方程、全同性原理 另有：另有：3测量过程的测量过程的3阶段：纠缠分解、波包塌缩、阶段：纠缠分解、波包塌缩、初态演

12、化初态演化 2两种因果律：决定论的、或然的两种因果律：决定论的、或然的 1一个中心任务：几率幅计算一个中心任务：几率幅计算参考书参考书 周世勋：周世勋：量子力学教程量子力学教程，高等教育出版社；内容精练。，高等教育出版社；曾谨言：量子力学量子力学卷卷I，科学出版社；内容深入浅出，讲解详细。，科学出版社；张永德：量子力学量子力学，科学出版社，（，科学出版社，（2003年）。年）。钱伯初、曾谨言：量子力学习题精选与剖析量子力学习题精选与剖析（上上）,科学出版社。科学出版社。苏汝铿：量子力学量子力学，高等教育出版社；内容丰富，包括不少量子力学的新进展。海 南 大 学海海 纳纳 百百 川川大大 道道 致致 远远第十章第十章 量子力学基础量子力学基础（Quantum mechanics）物理学发展的总趋向：物理学发展的总趋向：*学科之间的大综合。学科之间的大综合。*相互渗透结合成边缘学科。相互渗透结合成边缘学科。生物物理、生物化学、物理化学、量子化学生物物理、生物化学、物理化学、量子化学量子电子学、量子统计力学、固体量子论。量子电子学、量子统计力学、固体量子论。二十世纪物理学中两个重要的概念：场和对称性场和对称性 从经典物理学到量子力学过渡时期的三个重大问题的提出从经典物理学到量子力学过渡时期的三个重大问题的提出 光电效应光电效应 康普顿效应。康普顿效应。黑体辐射问题