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量子力学的基本原理是什么?怎么应用

12月25日 编辑 39baobao.com

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五大基本原理:

1.描写微观体系状态的数学量是

Hilbert

空间中的矢量,只相差一个复数因子的两个矢量,描写同一个物理状态。

2.(1)

描写微观体系物理量(可观测量)的是

Hilbert

空间内的

Hermitian

算符,如

A

;

(2)

物理量所能取的值

ai

是相应算符

A

的本征值;

(3)

一个任意态

|Ψ>

总可以用

A

的归一化本征态展开如下:

|Ψ>

=

∑iCi|ai>

而物理量

A

|Ψ>

出现的几率与

|Ci|2

成正比(Born

统计解释)。

3.一个微观粒子在直角坐标下的位置算符

xm

与相应之正则动量算符

pm

有如下对易关系:

[xm,xn]

=

0

[pm,pn]

=

0

[xm,pn]

=

ihδmn

而不同粒子间的所有上述算符均可相互对易。

4.在

Schodinger

图景中,微观体系态矢量

|Ψ(t)>

随时间变化的规律由

Schodinger

方程给出:

ih

∂t|Ψ(t)>

=

H|Ψ(t)>

与此相对应,在

Heisenberg

图景中,一个

Hermitian

算符

AH(t)

的运动规律由

Heisenberg

方程给出(假定AS

不显含时间):

d

dt

AH(t)

=

1

ih[

AH,H]

5.一个包含多个全同粒子的体系,在

Hilbert

空间中的态矢量对于任何一对粒子的交换是对称的(交换前后完全不变)或反对称(交换前后相差一个负号)。服从前者的粒子称为玻色子(boson),服从后者的粒子称为费米子(fermion)。

量子力学的应用:

1、晶格现象:音子、热传导

2、静电现象:压电效应

3、电导:绝缘体、导体、半导体、电导、能带结构、近藤效应、量子霍尔效应、超导现象

4、磁性:铁磁性

5、低温态:玻色-爱因斯坦凝聚、超流体、费米子凝聚态

6、维效应:量子线、量子点

7、量子信息学

目前研究的焦点在于一个可靠的、处理量子状态的方法。由于量子状态可以叠加的特性。理论上,量子计算机可以高度平行运算。它可以应用在密码学中。理论上,量子密码术可以产生完全可靠的密码。但是,实际上,目前这个技术还非常不可靠。另一个当前的研究项目,是将量子状态传送到远处的量子隐形传送。

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