量子力学研究精选(九篇)

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第1篇：量子力学研究范文

【关键词】 超流 超导 拉格朗日密度 运动方程

【Abstract】 The well-known Lagrangian of current superfluid systems is not relativistic covariant， this paper gives a general relativistic covariant Lagrangian of superfluid systems， and naturally finds the non-relativistic Lagrangian and its all corresponding theories after making approximations. The equation of motion obtained from the old non-relativistic Lagrangian density is not complete. The new momentum and energy can return to the old expressions of superfluid systems under some conditions. This paper gives two different expressions of Lagrangian， gets the same equation， and finds its solutions. Using two different Lagrangian densities， this paper obtains different forces.

【Keywords】 Superfluid Superconductivity Lagrangian density Equations of motion

1 超流和超导系统拉氏量及其运动方程

众所周知，目前量子力学的超流和超导系统的拉格朗日密度不是相对论协变的，我们给出了超流和超导系统的一般相对论协变的拉格朗日密度，给出将其近似后得到了非相对论协变的拉格朗日密度及相关的理论。从旧的非相对论协变的拉格朗日密度得到的运动方程是不完整的，它失去了一些重要项。新的运动方程可以近似为旧的运动方程，新的动量和能量可以在某些条件下返回到超流和超导系统的能量动量表达式，从一般的拉格朗日密度出发得到的能量和动量是准确的，没有忽略任何项。我们还推导出，在速度场的散度为零的条件下，经典的超流和超导拉格朗日密度和新的拉格朗日密度给出两种不同的表现形式，但可以得到相同的方程，并得到了它的解。使用两种不同的拉格朗日密度，我们得到不同的力，并且给出了两种超流和超导标量场理论的比较研究，及其相应的量子力学理论。

量子力学中的超流和超导系统的拉格朗日密度不是相对论协变的，可以把它看作是在一定条件下某种相对论协变的拉格朗日密度的近似。基于这个方法，我们提出了一个新的拉格朗日密度，它比原来的多出一些项。计算表明，从原来的拉格朗日密度得到的运动方程是不完整的，它自动消去了二阶项。我们的拉格朗日密度则解决了这些问题，使得运动方程更完整。在附加的近似条件下，它可以近似为现行量子力学中超流和超导系统的运动方程。

2 超流超导守恒流与能动张量

从不协变和协变的拉格朗日密度出发，我们分别得到了现行的不严格的守恒流、动量和能量形式以及新的严格的守恒流、动量和能量形式。在一定条件下，后者可以返回到现行量子力学的超流、超导的动量和能量形式。这进一步说明，现行量子力学的超流和超导系统的拉格朗日密度可以通过本文的拉格朗日密度得到。可以看到原来的拉格朗日密度得到的能量和动量忽略了一些高阶项，它们是近似的。从我们的拉格朗日密度得到的能量和动量是准确的，没有忽略高阶项，原来的能量动量只是我们新的能量动量的一个特例。

因此，使用严格的、完整的和相对论协变的拉格朗日密度，通过严格的推导，我们为当前超流和超导理论做了修正。也就是说，我们给出了完整和严格的运动方程、能量梯度、渗透动量和马格努斯力。可以看出，目前的超流和超导理论是不严格的，这使得它做了一些近似，并且失去了一些重要的项。然而，我们表明，这些项具有重要的物理意义，不应被丢掉。我们提出了一种新的一般的拉格朗日密度和严格的计算方式，通过这种方式，这些在旧的超流和超导理论中已丢掉的项都被保留了下来，因而一般的超流和超导体理论是完整的。这些新出现的项和超流、超导条件对超流、超导和高温超导的研究具有重要参考价值。因此，我们的工作不仅对超流和超导在理论上有很重要的参考价值，同时对超流和超导的实验也具有非常重要的指导意义。

3 结语

本文在经典超流和超导拉格朗日理论的基础上，提出了一个相对论协变的新的拉格朗日密度，并且由新的拉格朗日密度得到了新的运动方程以及对应的动力学。可以看出，新的拉格朗日密度更加对称。这说明之前在旧拉格朗日密度基础上的对超流和超导的计算是不完整的，而用新的拉格朗日密度进行计算则避免了这一不足。这对于理论的修正和实验的指导都具有很重要的意义。

参考文献：

[1]L. D. Landau， Theory of the Superfluidity of Helium II， Phys. Rev. 60 （1941） 356.

[2]L. Tisza， The Theory of Liquid Helium， Phys. Rev. 72 （1947） 838854.

[3]W. Israel， Covariant Superfluid Mechanics， Phys. Lett. 86A （1981） 79.

[4]I. M. Khalatnikov and V. V. Lebedev， Second sound in liquid helium II， Phys. Lett.91A （1982） 70.

第2篇：量子力学研究范文

关键词：农村学校；师资力量；均衡发展；对策

中图分类号：G635.1文献标识码：B文章编号：1672-1578（2017）04-0154-01

目前，我国农村教育和农村师资力量均衡发展问题受到社会各界的广泛重视，但由于我国农村教育起步较晚，因此，师资力量队伍的建设工作仍不够完善。师资力量建设和发展问题是农村学校教育体系的重要组成部分，对于促使促进农村孩子健康成长和构建先进的师资力量队伍具有重要的影响。因此农村学校应结合当前教师队伍建设问题，采取科学有效的解决措施实现促进师资力量均衡发展的目的。

1.农村师资力量均衡发展现状

1.1师资力量来源复杂。在组成上，农村学校师资力量有三大来源，主要包括正规师范院校专业对口教师、民办教师转公办教师、职业院校毕业的合同制教师。后两者存在严重的先天不足，但是占据农村教师队伍比例较大。在年龄结构上，年轻教师队伍占据比例较小，大部分以中老年教师为主。因此新老教师队伍比例不协调是影响农村教师师资力量均衡发展的主要原因[1]。

1.2专业失衡。在农村学校，主修音乐、美术、体育、现代信息技术和英语等学科的教师较少，学校的主打课程以数学、语文为主，从而严重忽略了学生的素质教育，这是应试教育的弊端。虽然有些农村学校安排了现代信息技术或者美术等课程，但是并没有将其付诸于实际，只是作为一种形式。在这样的教学环境下，专业教师队伍的匮乏和课堂教学形式的单一，导致农村办学质量低下、办学效率不高。

1.3多头管理制度的弊端。目前，大部分农村学校在管理教师队伍时，采取"多头管理"制度。所谓多头管理，是指教师的工资由财政部门支付。财政部门以教师的工龄和职称作为工资支付多与少的依据，从而严重忽略了教师的绩效、能力和道德品质等因素。这不仅会导致学校师资力量无法起到精神引领作用，还会导致学校奖惩制度缺乏科学性和公平性，教师队伍在日常教学和管理中缺乏动力和活力，无法从真正意义上保障教师的权利[2]。

2.农村学校师资力量均衡发展的具体对策

2.1实施聘任制。要想进一步促进农村学校师资力量的均衡发展，学校应积极引入聘任制，打破农村教师的"终身制"和"铁饭碗"，从而达到提升师资力量综合素养和专业能力的目的，同时，改革教师养老金发放办法。结合农村学校实际情况，妥善处理下岗失业教师的社会保障问题、健全和完善教师养老金制度和事业保障制度，进而达到加快农村师资力量改革步伐和促进均衡发展的目的。除此之外，在聘任教师时，需要审核教师的个人道德素养、专业能力、实践能力等，并对新入职的教师展开岗前培训和岗位培训，为进一步提高农村师资力量综合素质提供良好的内部环境，从而起到提升教师队伍创新意识的作用，为农村W校建立中、老、青比例适当的师资力量奠定坚实的基础[3]。

2.2重新建立配编新制度。传统的教师配编制度主要依据学校、班级或者学生等主体实施，这种做法会限制教师的专业特长，不利于教师专业能力的有效发挥。针对这一问题，应改革传统配编制度，结合农村学校实际情况和教师综合能力，探索和建立以专业、学科或者工作量为主体的配编新体制，从而达到丰富农村专业课程内容和教学形式的目的。另外，应建立以县为主的体育、美术、英语和现代信息技术等专业学科的教师培训基地。利用课余时间或者其他有效时间对学科专业任课教师进行专业能力和道德素养培训，达到提高师资力量综合素质的效果。除此之外，农村学校应加强与英语、美术、现代信息技术等专业教师之间的沟通与联系，及时了解他们的想法和意见，进而为壮大师资力量创设良好的环境，并以积极主动的态度整合师资力量，实现健全和完善农村学校专业课程体系的目的。

2.3改变师资力量管理制度。针对多头管理制度的弊端问题，教育行政部门和农村学校应加强合作与联系，并取得教师队伍的管理权限，进而建立新型管理新机制。无论是教师的编制考核还是教师的工资待遇，不再由财政部门负责，而是由学校和教育部门负责。这样可以加强学校与教师之间的沟通与联系，进而在第一时间了解教师的绩效和综合能力，积极推行优劳优酬和按岗付薪制度，实现共生共赢。

3.结束语

要想进一步促进农村学校师资力量均衡发展，学校和教育部门需要作出共同努力，并针对管理制度、聘任制度问题，制定切实可行的解决措施。进而从制度、教师队伍综合素质等角度入手，对相关工作予以加强和完善。实现农村教师资源和教学资源的有机融合，提升农村学校教育整体水平，确保师资力量的均衡发展，为农村教育事业奠定坚实的基础。

参考文献：

第3篇：量子力学研究范文

关键词：量子力学 量子力学发展 质子和粒子

前言：量子力学是对牛顿物理学的根本否定。l9世纪末正当人们为经典物理取得重大成就欢呼的时候，一系列经典理论无法解释的现象一个接一个地发现了。在经典力学时期，物理学所探讨的主要是那些描述用比较直接的试验研究就可以接触到的物理现象的定律和理论。在宏观和慢速的世界中，牛顿定律和麦克斯韦电磁理论是很好的自然定律。而对于发生在原子和粒子这样小的物体中的物理现象，经典物理学就显得无能为力，很多现象没法解释。

1.量子力学的起源

量子论起源于经典物理学体系中出现的反常的经验问题，以及相伴随的概念问题。量子力学的发展主要归功于四位物理学家。德国的海森伯于1926年作出了量子力学理论的第一种表述。利用矩阵力学的理论，求得描述原子内部电子行为的一些可观察量的正确数值。接着，奥地利的薛定谔发表了波动力学，是量子力学的另一种数学表述。同年，德国的伯恩对上述两种数学表述作出可以接受的物理解释，并首先使用“量子力学”这个名词。1928年，英国的狄拉克又把上面的理论加以推广，并与狭义相对论结合起来。

量子力学是对牛顿物理学的根本否定。牛顿认为物质是由粒子组成的，粒子是一个实体，量子力学认为粒子是波，波是无边无际的。牛顿认为宇宙是一部机器，可以把研究对象分成几部分，然后对每一部分进行研究。量子力学认为自然界是深深地连通着的，一定不能把微观体系看成是由可以分开的部分组成的。因为两个粒子从实体看可以分开，从波的角度他们是纠缠在一起的。牛顿认为宇宙是可以预言的，而量子力学认为，自然界在微观层次上是由随机性和机遇支配的。牛顿认为自然界的变化是连续的，量子力学认为自然界的变化是以不连续的方式发生的。

2.量子力学的形成

2.1 量子假说的提出

1900年l2月14日，德国物理学家普朗克在柏林德国物理学会一次会议上提出了黑体辐射定律的推导，这一天被认为是量子力学理论的诞辰日。在推导辐射强度作为波长和绝对温度函数的理论表达式时，普朗克假设构成腔壁的原子的行经像极小电磁振子，各振子均有一个振荡的特征频率。振子发射电磁能量于空腔中，并自空腔中吸收电磁能量，因此可以由在辐射平衡状态的振子的特性而推出空腔辐射的特性。而关于原子的振子，普朗克作了两项

根本的假设，现简述如下：

① 振子不能为“任何能量”，只能为：

（1）

式中：为振子频率，为常数（现称为普朗克常数），只能为整数（现称为量子数），（1）式断言振子的能量只能是一份一份的，而不能是连续的，即振子能量是量子化的。

②振子并不连续放射能量，仅能以“跳跃”方式放射，或称“量子式”放射。当振子自一量状态改变至另一态时，即放出能量量子。因此，当改变一个单位时，放射之能量为：

只要振子仍在同一量子状态，则既不放射能量也不吸收能量。

2.2 爱因斯坦利用量子假说揭开光电效应之谜

爱因斯坦根据普朗克的量子假设推理认为：如果一个振动电荷的能量是量子化的，那么它的能量变化只能是从一个允许的能量瞬时地跃迁到另一个允许的能量，因为根本不允许它具有任何中间的能量值。而能量守恒就意味着，发射出的辐射必须是以一股瞬时的辐射进发的形式从振动电荷产生出来，而不是电磁波理论所预言的长时间的连续波。爱因斯坦得出结论：辐射永远以一个个小包、小粒子的形式出现，但不是象质子、电子那样的实物粒子。这些新粒子是辐射构成的；它们是可见光粒子、红外光粒子、 射线粒子等等。这些辐射粒子叫做光子。光子和实物粒子不同：它们永远以光速运动；它们的静止质量为零；振动的带电粒子产生光子。

3.量子力学的宇宙观

在原子的量子理论的探讨中，从对氢原子的研究中发现，氢原子有无数个量子态。而电子多于一个的原子有更复杂的量子态，这些量子态都从求解适合于该特定原子的薛定谔方程，并且要求其场刚好环绕原子核产生驻波而求得。由于这些量子态的每一个都是有特定频率的驻波，并且波的频率和它的能量相联系，预期每个量子态只有一个特殊的能量。这就是说，预期任何一个态的能量不会有任何量子不确定性。可以对每个态的能量大小作合理的猜测。由于质子作用于电子的力是吸引力，要把一个电子向外拖到离原子核更远的地方就必须做功。因此电子离原子核越远，电子的电磁能量就越高。

量子理论的中心思想是，一切东西都由不可预言的粒子构成，但这些粒子的统计行为遵循一种可以预言的波动图样。1927年，德国物理学家海森伯发现，这种波粒二象性意味着，微观世界具有一种内禀的，可以量化的不确定性。量子理论的最大特点也许是它的不确定性。量子不确定的实质是，完全相同的物理情况将导致不同的结果。哥本哈根学派解释的结论是，微观事件真的是不可预言的。而且，当我们说一个微观粒子的位置是不确定的时候，意思并不仅仅是我们缺乏有关其位置的知识。相反，意思是这个粒子的确没有确定的位置

结语：量子力学在低速、微观的现象范围内具有普遍适用的意义。它是现代物理学基础之一，在现代科学技术中的表面物理、半导体物理、凝聚态物理、粒子物理、低温超导物理、量子化学以及分子生物学等学科的发展中，都有重要的理论意义。量子力学的产生和发展标志着人类认识自然实现了从宏观世界向微观世界的重大飞跃。

参考文献

[1] 曾谨言.量子力学导论[M].2版.北京大学出版社，2OOO.

第4篇：量子力学研究范文

量子力学的建立始于对原子物理实验给出解释，其基本概念是从上世纪20年展起来的，并于30年代和40年代取得了快速而巨大的进展。特别是对全同粒子体系的深入研究最终导致现代基本粒子概念的诞生和量子场论的突破性进展，促进了人们对于宇宙的深刻理解。从更为实用的方面讲，量子力学理论体系的建立特别为固体物理与凝聚态物理的发展奠定了基础，它的广泛应用导致了在不同领域大量丰富多彩的人造量子系统的出现。尤其是近20年来，各种类型的纳米尺度的量子设备被成功地制造出来，它们在处理量子信息和制备纳米电路等高新技术方面具有引人注目的应用前景，从而受到广泛的关注。大多数学生希望了解量子力学理论应用于解决现实生活中的问题的解决方案。他们对于深入理解各种实用领域的量子理论基础方面的浓厚兴趣，远大于对现代超弦理论和宇宙学的或所谓的终极理论的兴趣。本书所针对的主要对象正是这类学生，作者期望将学生们的这些实际需求作为高等量子力学课程所涵盖的主要内容。

本书是作者在荷兰代尔夫特理工大学（Delft University of Technology）讲授高等量子力学课程内容的基础上撰写的。这所大学是研究诸如半导体量子点、超导量子计算设备、分子电子学等量子力学应用方面世界一流的中心之一。学校开设的很多理论课都是围绕更有效地支持这类研究而设计的。其中的高等量子力学作为研究生的必修理论课就是典型的代表。本书在开始仍然对初等量子力学做了简明扼要的介绍，然后很快将重点转移到应用这些理论来理解量子设备的实质性内容上来。作者力求使本书在理论技巧和数学知识方面的基础更加扎实，只要涉及到理论工具，一定会给出一些如何使用这些工具的实例。这些实例取自许多不同的领域，使得本书适应更为宽泛的读者群，特别是那些非粒子物理专业的学生。

全书内容分成5个部分，共计13章：第1部分 二次量子化，含第1-3章：1.初等量子力学；2.全同粒子；3.二次量子化。第2部分 例子，含第4-6章： 4.磁性； 5.超导； 6.超流。第3部分 场与辐射，含第7-10章：7.经典场； 8.场的量子化；9.辐射与物质； 10.相干态。 第4部分 耗散量子系统，含第11-12章：11.耗散量子力学；12.跃迁和耗散。第5部分 相对论量子力学，含第13章：13.相对论量子力学。

作为一部教科书，本书充分考虑了教学需要，叙述清晰、透彻，推导详尽。每一小节都有一些“控制问题”，帮助理解课文内容，并可用于课堂讨论。每一章末都给出了一些练习题，其中部分题目给出了详细解答。本书重点突出，特别适合于凝聚态物理相关专业的研究生选做高等量子力学的教材。

第5篇：量子力学研究范文

Introductionto Quantum Mechanics

Schrodinger Equation and Path Integral，

2nd Edition

2012，950 p

Hardcover

ISBN9789814397735

Harald J W MüllerKirsten著

薛定谔在1926年建立了以他的名字命名的方程，开创了量子力学进入严格的和近似定量计算的新局面，促进量子力学迅速扩展了应用能力和范围。20年之后费曼提出了量子力学的路径积分形式，并证明了与薛定谔方程的等价性。它不仅能够解决量子力学中的一般的定量计算问题，而且在随后几十年的量子场论和规范场论的发展过程中起了不可替代的重要作用。这两种定量处理方法各有优劣，薛定谔方程对于量子力学问题的处理无疑具有极大的优点，其图像清晰而且在数学上有许多为物理学家熟悉的成熟处理方法，受到物理学家的普遍欢迎。相比之下，路径积分方法的使用要麻烦得多。但近年来，人们越来越发现路径积分方法在很多应用中有着独特的优越性。对于这两种方法，已经有许多优秀的量子力学教科书以及专著分别给出了非常详细的讨论。但是将两种方法对同一问题的解决办法进行相互对照与比较，从而对于各自的优点和特定的应用范畴有更深刻的理解的著作还十分罕见，本书填补了这一空白。

这是一部量子力学的教科书，它涵盖了作为导论性课程所有的主要内容，不但详述了各种位势下薛定谔方程的微扰解，介绍并算出了对应的路径积分的解，而且还详细地考虑了微扰展开的高阶行为，这在其他类似的书籍中很少见到。本书的另一特点是没有提供习题，而是结合课文的内容选用了大量例题，给出了非常详细的计算细节，对于读者的学习十分有利。

本书的第1版出版于2006年。第2版中，添加了许多重要的应用和很多实例。特别是关于Coulomb势的一章被扩充到包含了化学键的介绍，而周期势的一章补充了关于金属和半导体能带论的一节，而在高阶行为的一章添加了关于渐进展开中成功地计算收敛因子的例证。

全书共分成29章：1.导言；2.哈密顿量子力学； 3.量子力学的数学基础；4.狄拉克的右矢和左矢形式体系； 5.Schrdinger方程和Liouville定理；6.谐振子的量子力学； 7.Green函数；8.时间无关微扰论； 9.密度矩阵和极化现象； 10.量子理论：一般形式体系； 11.Coulomb 相互作用； 12.量子力学穿透；13.线性势； 14.经典极限和WKB法； 15.幂次势； 16.屏蔽Coulomb势； 17.周期势； 18.非简谐振子势； 19.奇异势；20.微扰展开的高阶行为；21.路径积分形式； 22.经典场组态； 23.路径积分和瞬子； 24.路径积分与沿一条线上的弹跳； 25.周期性的经典组态； 26.路径积分和周期性的经典组态；27.约束系统量子化；28.量子-经典跨接作为相变；29.结束语。

本书对物理系的大学生和研究生以及数学和粒子物理的研究人员非常适用。对希望扩大自己量子力学技巧的理论物理学家和想要更进一步钻研量子力学的其他专业的研究生以及所有对微扰方法、路径积分及其在经典场伦中的应用感兴趣的读者都具参考价值。

丁亦兵，教授

（中国科学院大学）

第6篇：量子力学研究范文

关键词:量子力学 量子计算机

中图分类号:TP39 文献标识码:A文章编号:1007-3973 (2010) 02-106-01

1量子力学对计算机技术发展的影响

自1646年第一台电子计算机问世以来,其芯片发展速度日益加快。按照芯片的摩尔定律 ,其集成度在不久的将来有望达到原子分子量级。在享受计算机飞速发展带来的种种便利的同时,我们也不得不面临一个瓶颈问题,即根据量子力学理论,在芯片发展到微观集成的时候,量子效应会影响甚至完全破坏芯片功能。因此,量子力学对计算机技术发展具有决定性作用。

1.1量子力学简介

量子力学是近代自然科学的最重要的成就之一. 在量子力学的世界里,一个量子微观体系的状态是由一个波函数来描述的,而非由粒子的位置和动量描述,这就是它与经典力学最根本的区别。

1.2量子力学与量子计算机

量子力学的海森堡测不准原理决定了粒子的位置和动量是不能同时确定的()。当计算机芯片的密度很大时(即很小)将导致很大,电子不再被束缚,产生量子干涉效应,而这种干涉效应会完全破坏芯片的功能。为了克服量子力学对计算机发展的限制,计算机的发展方向必然和量子力学相结合,这样不仅可以越过量子力学的障碍,而且可以开辟新的方向。

量子计算机就是以量子力学原理直接进行计算的计算机.保罗•贝尼奥夫在1981年第一次提出了制造量子计算机的理论。量子计算机的存储和读写头都以量子态存在的,这意味着存储符号可以是0、1以及它们的叠加。

2量子计算机的优点

近年来的种种试验表明,量子计算机的计算和分析能力都超越了经典计算机。它具有如此优越的性质正在于它的存储读取方式量子化。对量子计算机的原理分析可知,以下两个个特性是令量子计算机优越性的根源所在。

2.1存储量大、速度高

经典计算机由0或1的二进制数据位存储数据,而量子计算机可以用自旋或者二能级态构造量子计算机中的数据位,即量子位。不同于经典计算机的在0与1之间必取其一,量子位可以是0 或者1,也可以是0和l的迭加态。

因此,量子计算机的n个量子位可以同时存储2n个数据,远高于经典计算机的单个存储能力; 另一方面量子计算机可以同时进行多个读取和计算,远优于经典计算机的单次计算能力。量子计算机的存储读取特性使其具有存储量大、读取计算速度高的优点。

2.2可以实现量子平行态

由量子力学原理可知,如果体系的波函数不能是构成该体系的粒子的波函数的乘积,则该体系的状态就处在一个纠缠态,即体系的粒子的状态是相互纠缠在一起的。而量子纠缠态之间的关联效应不受任何局域性假设限制,这使两个处在纠缠态的粒子而言,不管它们离开有多么遥远,对其中一个粒子进行作用,必然会同时影响到另外一个粒子.正是由于量子纠缠态之间的神奇的关联效应, 使得量子计算机可以利用纠缠机制,实现量子平行算法,从而可以大大减少操作次数。

3量子计算机发展现状和未来趋势

3.1量子计算机实现的技术障碍

到目前为止,世界上还没有真正意义上的量子计算机,它的实现还有许多技术上的问题。

量子计算机的优越性主要体现在量子迭加态的关联效应. 然而,环境对迭加态的影响以及迭加态之间的相互作用会使这种关联效应减弱甚至丧失,即量子力学去相干效应.因此应尽量减少环境对量子态的作用。同时,万一由于相干效应引入了错误信息,必需能及时改正,这需要进一步的研究和实验。

另一方面,量子态不能复制,使得不能把经典计算机中很完善的纠错方法直接移植到量子计算机中来.由于量子计算机在计算过程中不能对量子态测量, 因为这种测量会改变量子态, 而且这种改变是不可恢复的,因此在纠错方面存在很多问题。

3.2量子计算机的现状

由于上述两种原因,现在还无法确定未来的量子计算机究竟是什么样的, 目前科学家门提出了几种方案.

第一种方案是核磁共振计算机. 其原理是用自旋向上或向下表示量子位的0 和1 两种状态,重点在于实现自旋状态的控制非操作,优点在于尽可能保证了量子态和环境的较好隔离。

第二种方案是离子阱计算机. 其原理是将一系列自旋为1/2 的冷离子被禁锢在线性量子势阱里, 组成一个相对稳定的绝热系统,重点在于由激光来实现自旋翻转的控制非操作其优点在于极度减弱了去相干效应, 而且很容易在任意离子之间实现n 位量子门。

第三种方案是硅基半导体量子计算机. 其原理是在高纯度硅中掺杂自旋为1/2的离子实现存储信息的量子位,重点在于用绝缘物质实现量子态的隔绝,其优点在于可以利用现代高效的半导体技术。

此外还有线性光学方案, 腔量子动力学方案等.

3.3量子计算机的未来

随着现代科学技术的发展,量子计算机也会逐渐走向现实研制和现实运用。量子计算机不但于未来的计算机产业的发展紧密相关,更重要的是它与国家的保密、电子银行、军事和通讯等重要领域密切相关。实现量子计算机是21 世纪科学技术的最重要的目标之一。

参考文献:

[1]胡连荣. 速度惊人的量子计算机[J].知识就是力量

[2]付刚.“量子计算机”解密[N].中安在线-安徽日报

[3]谭华海.量子计算机研究的最新进展[J].教育部科技发展中心内刊.

第7篇：量子力学研究范文

【关键词】密度算符 压缩相干态 正规乘积

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）10-0161-02

一、引言

量子力学是在19世纪末20世纪初建立和发展起来的一门科学，它的建立是20世纪划时代的成就之一。量子力学与我们的生活密切相关，可以毫不夸张的说，没有量子力学，就没有人类的现代物质文明。量子力学规律已成功地运用于包括材料、化学、生命、信息和制药等领域，对于物理专业的本科生来说，量子力学是物理学专业最重要的基础课程之一，它是学习固体物理、材料科学、材料物理与化学、激光原理、激光物理与技术等专业课程的重要基础[1，2]。通过量子力学的学习，使得学生能够熟练地掌握量子力学的基本理论，具备利用量子力学基本理论分析和解决问题的能力。在物理学课程当中，量子力学的教学既是重点又是难点。

相干态[3，4]作为量子力学中的一个核心概念，不仅是量子物理学中的一个有效方法，而且是激光理论的重要支柱，对了解量子力学理论具有重要的意义，在教学和科研中都具有基础性的作用。相干态的概念最初是薛定谔在1926年提出的[3]，对于谐振子位势，他找到了这样的态。直到1963年格劳伯等人系统地建立起光子相干态，并研究它的相干性与非经典性，同时又证明相干态是谐振子湮灭算符的本征态[4]。现在相干态已被广泛地应用于物理学的各个领域。实际上，相干态是最小测不准态，而且两个正交位相振幅算符有着相同的起伏，在相空间中，相干态的起伏呈圆形，相干态在相空间平移或者转动时此圆保持不变。对于压缩态而言，它是泛指一个正交相位振幅算符的起伏比相干态相应分量的起伏小的量子态，其代价是另一个正交相位振幅算符的起伏增大，但两者的乘积等同于相干态的相应量。压缩态是一类非经典光场，呈现出非经典性质，例如反聚束效应、亚泊松分布等. 压缩态由于其在光通讯、高精度干涉测量以及微弱信号检测方面具有广泛的应用前景使得对它的研究成为量子力学领域的研究热点。

理论上，产生压缩相干态的方式主要有对真空态先平移后压缩（第一类压缩相干态）和先压缩后平移（第二类压缩相干态）两种方式，鉴于很多教材上认为这两种方式产生的压缩相干态完全等同，考虑到压缩算符与平移算符的不对易，而且各量子力学教科书上每提及这两种压缩态的区别时阐述都比较模糊，不能向广大读者提供一个清晰的结论，又考虑到密度算符包含了某一个量子态的全部信息，所以有必要推导出这两种压缩相干态的密度算符并做分析比较，以阐明二者的异同。

二、第一类压缩相干态

对比式（10）和（14）可知，由于产生压缩相干态的方式不同，压缩算符和平移算符之间不对易，得出的两类压缩相干态密度算符也有差异，并不是之前一些教科书里阐述的二者是完全等同的。

第8篇：量子力学研究范文

关键词：维势垒波函数；教学研究；化学

中图分类号：G642 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2013）26-152-01

具有一定能量E的粒子，沿着X轴运动，碰到高度为V0的势垒，按照经典力学的观点，如果E小于V，则粒子不能进入势垒，将会被完全弹回去。但从量子力学的观点来看，考虑粒子的波动性，有一部分波会穿过势垒，像这种粒子穿过比它动能更高的势垒，称为遂穿效应 [1]。在教学过程中，如果生硬的讲解该部分内容，大部分学生会不知所云，难以理解，有没有可能寻求一种容易方便学生理解的方式来讲解呢？为此我们摸索采用数值化形象教学，下面我们以一维势垒为例，利用计算机数值模拟方法，实时观察波函数是如何穿过势垒的，该方法有利于学生深入理解遂穿效应的基本原理，对教授和理解量子力学大有裨益。

在图一中给出了势垒穿透的波动示意图。向左传播一列波函数 沿着一维直线传播，碰到势垒后，一部分会有一定几率透过势垒，透射部分波函数为 。一部分会被势垒弹回去；反射部分波函数为 。为了求解波函数的贯穿，我们需要求解非含时薛定谔方程[1]

。

我们在本文中，为了实时贯穿波函数的贯穿过程，我们利用含时方法求解薛定谔方程[2，3]

。

含时波函数为：

公式中H是体系的哈密顿算符：

我们给定初始波函数，就可以利用演化算符求得任意一时刻的体系的波函数，从而观察波函数是如何贯穿势垒整个过程的。

图一：遂穿效应示意图

在数值模拟中，我们选用Eckart 势垒，具体形式为：

中心位置处在R=15bohr处。高度为0.5eV。传播初始时刻，我们构建了一个高斯波包[4，5]

波函数在不同时刻的分布情况如图二所示。初始波函数分布如图二中T=0 a.u. 所示。中心位置在22 bohr位置处， 中心能量为0.4 eV，宽度为0.7 bohr，向X轴左方向运动。传播时间1900 a.u. 时候，波函数传播到势垒位置，到时间2300 a.u. 时，波函数分布如图所示。波函数部分被弹回，可以看见图中17bohr处，波函数被弹回形成的小山峰。小山峰分布是入射波函数与被弹回来的波函数叠加而形成的震荡山峰。从图中可以很明显看出，随着时间的推移，在3100 a.u.后，波函数有两个明显的山峰分布，一个在势垒的左边，为透射波函数部分，一个在势垒的右边，是被弹出波函数部分。

图二：波函数在不同时刻的分布情况

本文以一维粒子的直线运动为例，构建初始波包，利用演化算符研究时间相关的波包与Eckart 势垒相互作用。研究了不同时刻的体系波函数的分布状态，形象的观察和研究了量子力学的遂穿效应。为量子力学的形象化教学提供了一些思路。

参考文献：

第9篇：量子力学研究范文

关键词:多媒体;量子力学;教学效率

一、前言

《量子力学》课程是物理学科的一门重要的基础课。量子力学是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。量子力学不仅是近代物理学的基础理论之一，还在化学等相关学科和许多近代技术中得到了广泛的应用。

由于《量子力学》课程的重要性，其相关的教学得到了相当的重视，通常每周是4个学时的课程量。众所周知，《量子力学》是一门既难学又难教的课程，一是因为其中涉及的概念和我们日常生活(或者说常识)相距甚远，二是所学习的数学课程比较多，主要有高等数学、数学物理方法、线性代数等，几乎包括了物理专业学生所学过的全部数学课程。概念抽象，远离日常经验，计算复杂，使《量子力学》成为一门难学难教的课程。

随着电气化教学的发展，现在有越来越多的课程开始使用多媒体教学，并且取得了一定的成效，当然同时也显露了一些问题。本文拟对《量子力学》课程中使用多媒体教学的优缺点进行分析，并就如何在传统板书教学和多媒体教学之间达到最好的效果给出一些建议。

二、在《量子力学》课程中使用多媒体教学的利弊

众所周知，多媒体教学是教学手段创新的重要内容之一。多媒体教学是现代科学技术在教育工作中的运用，即应用先进的技术手段，把录音机、电视机、录像机、视频展示台、投影机、多媒体计算机等引进课堂，将通讯技术、网络技术、电子邮件、卫星远程通讯、传真通讯、虚拟现实等新的教育媒体逐步运用于教学，充分发挥其优势，增加教学的密度，调动学生的学习积极性。其主要的优点有:

(1)有利于提高课堂教学效率。传统的课堂教学，教师展示知识的空间只是一块容量有限的黑板，教学时间有限，教师不得不将很大一部分精力放在板演文字、绘画等低效的劳动上。这样的课堂教学往往呆板、僵化，缺乏生机与活力，效率不高。运用多媒体教学，可以将大量的教学信息预置在计算机内，随时调用，任意切换，将相关的图形、图像，生动、直观地投影到屏幕上，学生可从视觉、听觉等多方面感受知识，加深对教学内容的理解。

在《量子力学》课程中，如对于氢原子各级波函数，就可以直接使用图像形象地表示出来，可以给学生以强烈的印象，使物理结果更易于理解，同时也容易激起学生的学习热情。若使用传统板书手工绘制电子云图，一则手工画图速度慢，二则不很准确，直接影响教学效率。有的Flash格式的课件，可以通过输入和调整主量子数、角量子数、磁量子数，即时把原子轨道轮廓图和径向分布图表示出来，用色鲜艳，对比强烈，给人以深刻的印象，这样效果是很明显的。

(2)能够激发学生的学习热情。多媒体技术因其图文并茂、声像俱佳的表现形式和跨越时空的非凡表现力，大大增强了学生对事物与过程的理解与感受，体现了极强的直观性，能够全方位、多角度、多层次地调动学生的情绪、注意力和兴趣，使学生能够主动地学习。

在《量子力学》课程中，比如在绪论部分，可适当地介绍一下在量子力学发展史上一些著名科学家的简历，如普朗克、爱因斯坦、玻尔、泡利、海森堡、费曼等，使用多媒体可通过文字、音像资料充分表现，这可以活跃课堂气氛，有助于促进学生对科学的热爱，包括对《量子力学》课程的兴趣。

(3)多媒体教学可以拓展教学时空。学生也可以通过拷贝电子教案和网上阅读电子教案进行课后复习，逐渐改变学生过于依赖课堂、过于依赖教师的传统教学模式，加强学生获取知识的能力，有助于创新人才的培养和学生个性的发展。事实上，我们可从网络上看到许多名师的教学课件，通过对课件的学习，无论对于学生还是教师都是有益的。这不论对《量子力学》课程还是其他课程都是一样的。

(4)动态交互性强。人机交互、立即反馈是多媒体技术的显著特点，也是任何其他媒体所没有的。在这种交互式学习环境中，教师通过创设形象直观、生动活泼的交互式教学情境，为学生提供更多的参与机会。教师与学生的交流、学生与学生交流、人机交流的良性互动，能激发学生的学习兴趣及参与意识，可以充分发挥学生的主观能动性，使学习更为主动，从而有利于学生形成新的认知结构。

(5)理论联系实践的功能大大增强。运用多媒体技术可以采用虚拟实验实现对普通实验的扩充，甚至现实环境很难实现或无法实现的实验项目，可以用图形、图像等多媒体形式，模拟实验全过程。借助有关的教学软件，通过对真实情景的再现和模拟，学生可以随时在电脑上“重温”实验过程。

在《量子力学》课程中涉及的实验不多，主要有黑体辐射、电子衍射实验、Stern-Gelach实验等。在展现实验过程和结果时，多媒体可发挥其优越性。如电子衍射实验，通过减弱电子流强度使粒子一个一个地被衍射，粒子一个个随机的被打到屏幕各处，显示粒子性，但经过足够长的时间，所得衍射图样和大量电子同时衍射所得图样一样，从而引出波函数的统计诠释。使用多媒体动画，我们可形象地展现电子一个一个打到屏幕上最后得到衍射图样的过程。这是在黑板上自己手工画图的效果所不能比拟的。

以上我们讨论了使用多媒体教学体现出的优越性。开展多媒体教学时一定要处理好内容与形式的关系。形式为内容服务，这是教学的一个基本原则，多媒体教学也不例外。教学体现的是教师和学生之间的一个沟通过程，在此过程中，如何恰当地使用多媒体技术应引起我们的注意。如果我们仔细分析，可以发现在多媒体教学中，特别是在《量子力学》教学中同样存在着较多的问题，值得引起我们的注意。

(1)忽视双向交流。在多媒体教学中，如果不注意的话，教师可能会较多的注意桌面点击，表演课件，而在一定的程度上忽视和学生的双向交流。不过相对来说，这一点只要讲课老师适当注意，就能够减小这方面的不利影响。

(2)数学推导的欠缺。

在《量子力学》课程中，由于涉及到的数学计算较多，在讲课过程中无法避免地会出现较多的数学推导。面对整个多媒体中大片的公式，学生很容易感到疲倦，甚至失去兴趣，从而使教学效果大打折扣。

从某种意义上来说，如果学了一门理论物理的课，学生却不能够把公式推导出来，就教学效果而言，是一个很大的遗憾。使用板书可让学生真实地看到教师如何把结论一步一步地推导出来，与使用多媒体相比，学生更容易掌握板书的推导，且学生本身的数学推导能力也能较快地提高。甚至教师在推导过程中偶然的失误也会促进学生的了解，至少可以让学生知道哪些地方如果不注意的话可能会弄错。

不过，过于复杂且教学大纲又不作要求的数学推导可以通过多媒体进行，一是让学生看到了结论是如何出来的，二又避免了把过多的时间投入于此，毕竟课堂时间是有限的。比如一维谐振子波函数，氢原子角向波和径向波函数。在教科书上，对氢原子角向波函数，常常直接说在《数学物理方法》课程中已经得到解，为球谐函数，然后就直接给出了结论，由于课时的原因，不可能对此进行详细的阐述。事实上学生有可能已经遗忘了相关内容，因此相应的复习还是必要的。通过多媒体简略地展示下相关推导过程可能是一个比较好的选择。

三、结论

前面我们分别讨论了在《量子力学》课程中使用多媒体教学中存在着的优缺点。为了有效提高教学效果，笔者认为应当综合的使用传统板书教学和多媒体教学，在讲授基本概念和有较多的图表时，可多使用多媒体教学，但应适当使用，而在讲数学推导时仍应使用传统板书，少用甚至不使用多媒体。

参考文献

[1]韩芳.多媒体教学存在问题及对策分析[J].重庆工学院学报，2004，(18):143.

[2]唐利军.多媒体教学的思考[J].吉林广播大学学报，2005，(69):1.