量子物理進(jìn)展19世紀(jì)末20世紀(jì)初的物理學(xué)

1900年，在英國皇家學(xué)會(huì)的新年慶祝會(huì)上,著名物理學(xué)家開爾文勛爵作了展望新世紀(jì)的發(fā)言:

“科學(xué)的大廈已經(jīng)基本完成，后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了?！?/p>

--開爾文--也就是說：物理學(xué)已經(jīng)沒有什么新東西了，后一輩只要把做過的實(shí)驗(yàn)再做一做，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)后面在加幾位罷了！

但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實(shí)和有眼力的科學(xué)家，就在上面提到的文章中他還講到：

“但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云，----”兩朵烏云這兩朵烏云是指什么呢？一朵與黑體輻射有關(guān)，另一朵與邁克爾遜實(shí)驗(yàn)有關(guān)。然而,事隔不到一年(1900年底)，就從第一朵烏云中降生了量子論，緊接著(1905年)從第二朵烏云中降生了相對(duì)論。經(jīng)典物理學(xué)的大廈被徹底動(dòng)搖，物理學(xué)發(fā)展到了一個(gè)更為遼闊的領(lǐng)域。正可謂“山重水復(fù)疑無路,柳暗花明又一村。”一引言量子力學(xué)是將物質(zhì)的波動(dòng)性與粒子性統(tǒng)一起來的動(dòng)力學(xué)理論，是20世紀(jì)初研究微觀世界中粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律建立起來的。近幾十年來，在不同領(lǐng)域相繼發(fā)現(xiàn)了宏觀量子效應(yīng)（如超導(dǎo)現(xiàn)象，超流現(xiàn)象，乃至一些天體現(xiàn)象），表明宏觀世界的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)也遵循量子力學(xué)規(guī)律，人們所熟知的經(jīng)典力學(xué)規(guī)律只是量子力學(xué)規(guī)律在特定條件下的一個(gè)近似。二量子力學(xué)的學(xué)術(shù)地位

量子力學(xué)這門學(xué)科的性質(zhì)決定了它在近代物理學(xué)與科學(xué)技術(shù)乃至國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位。目前，它已廣泛地應(yīng)用到基本粒子、原子核、原子、分子、凝聚態(tài)物理直到中子星、黑洞各個(gè)層次的研究，并且現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)―從集成電路、電子計(jì)算機(jī)到量子計(jì)算機(jī)，從原子彈、氫彈到核電站，從激光技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)到固體材料、納米技術(shù)，無不以量子力學(xué)為其理論基礎(chǔ)?？梢院敛豢鋸埖卣f，沒有量子力學(xué)就沒有現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)。

量子力學(xué)與相對(duì)論被稱為當(dāng)今物理學(xué)與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的兩大支柱。

早期量子論量子力學(xué)相對(duì)論量子力學(xué)普朗克能量量子化假說愛因斯坦光子假說康普頓效應(yīng)玻爾的氫原子理論德布羅意實(shí)物粒子波粒二象性薛定諤方程波恩的物質(zhì)波統(tǒng)計(jì)解釋海森伯的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系狄拉克把量子力學(xué)與狹義相對(duì)論相結(jié)合三量子力學(xué)的發(fā)展四對(duì)量子力學(xué)發(fā)展有突出貢獻(xiàn)的物理學(xué)家MaxPlanck

馬克斯·普朗克

1900年，普朗克提出輻射量子假說，假定電磁場(chǎng)和物質(zhì)交換能量是以間斷的形式(能量子)實(shí)現(xiàn)的，能量子的大小同輻射頻率成正比，比例常數(shù)稱為普朗克常數(shù)，從而得出黑體輻射能量分布公式，成功地解釋了黑體輻射現(xiàn)象。在量子力學(xué)發(fā)展中所起的作用普朗克這個(gè)人普朗克十分具有音樂天賦，他會(huì)鋼琴、管風(fēng)琴和大提琴。慕尼黑的物理學(xué)教授菲利普·馮·約利曾勸說普朗克不要學(xué)習(xí)物理，他認(rèn)為“這門科學(xué)中的一切都已經(jīng)被研究了，只有一些不重要的空白需要被填補(bǔ)”,但普朗克回復(fù)道：“我并不期望發(fā)現(xiàn)新大陸，只希望理解已經(jīng)存在的物理學(xué)基礎(chǔ)，或許能將其加深。”1877年至1878年，普朗克轉(zhuǎn)學(xué)到柏林洪堡大學(xué)，在著名物理學(xué)家亥姆霍茲和基爾霍夫以及數(shù)學(xué)家卡爾·魏爾施特拉斯手下學(xué)習(xí)。關(guān)于亥姆霍茲，普朗克曾這樣寫道：“他上課前從來不好好準(zhǔn)備，講課時(shí)斷時(shí)續(xù)，經(jīng)常出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤，讓學(xué)生覺得上課很無聊?！标P(guān)于基爾霍夫，普朗克寫道：“他講課仔細(xì)，但是單調(diào)乏味?！逼绽士嗽诎亓趾楸ご髮W(xué)教授理論物理學(xué)課程，整個(gè)課程長達(dá)6個(gè)學(xué)期。莉澤·邁特納認(rèn)為他講課“冷靜理智，有些一本正經(jīng)”；一位英國人JamesR.Partington曾表述普朗克講課“不用講稿，從不犯錯(cuò)誤，從不手軟，是我所聽過的最好的講師?！?905年，當(dāng)時(shí)尚完全不為人所知的愛因斯坦在科學(xué)雜志《AnnalenderPhysik》中發(fā)表了三篇開創(chuàng)性的論文，普朗克是少數(shù)很快發(fā)現(xiàn)愛因斯坦狹義相對(duì)論重要性的人之一，由于普朗克的影響力，相對(duì)論很快在德國內(nèi)得到認(rèn)可。1901年的普朗克

普朗克拒絕接受由玻爾、海森堡和泡利在20世紀(jì)20年代末提出的量子力學(xué)的哥本哈根詮釋。愛因斯坦此時(shí)也成為了保守派。普朗克認(rèn)為海森堡的矩陣力學(xué)“令人厭惡”，而將薛定諤方程作為救世主。然而科學(xué)的真理沒有顧及他的想法而繼續(xù)被揭示，正像普朗克年輕時(shí)與老一輩科學(xué)家爭(zhēng)論時(shí)所寫的那樣：“要接受一個(gè)新的科學(xué)真理，并不用說服它的反對(duì)者，而是等到反對(duì)者們都相繼死去，新的一代從一開始便清楚地明白這一真理?！?878年學(xué)生時(shí)代的普朗克

1901年的普朗克

AlbertEinstein

1905年，愛因斯坦引進(jìn)光量子(光子)的概念，并給出了光子的能量、動(dòng)量與輻射的頻率和波長的關(guān)系，成功地解釋了光電效應(yīng)。其后，他又提出固體的振動(dòng)能量也是量子化的，從而解釋了低溫下固體比熱問題。

在量子力學(xué)發(fā)展中所起的作用NielsBohr尼爾斯·玻爾

1913年，玻爾在盧瑟福有核原子模型的基礎(chǔ)上建立起原子的量子理論。按照這個(gè)理論，原子中的電子只能在分立的軌道上運(yùn)動(dòng)，原子具有確定的能量，它所處的這種狀態(tài)叫“定態(tài)”，而且原子只有從一個(gè)定態(tài)到另一個(gè)定態(tài)，才能吸收或輻射能量。這個(gè)理論雖然有許多成功之處，但對(duì)于進(jìn)一步解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象還有許多困難。在量子力學(xué)發(fā)展中所起的作用玻爾這個(gè)人玻爾18歲考入哥本哈根大學(xué)，很快就成了哥本哈根大學(xué)足球俱樂部的明星守門員，他習(xí)慣在足球場(chǎng)上一邊心不在焉地守著球門，一邊用粉筆在門框上排演著公式。大學(xué)四年級(jí)時(shí)，由于俱樂部的成績出眾，立下汗馬功勞的玻爾入選國家隊(duì)。1908年的倫敦奧運(yùn)會(huì)上，丹麥隊(duì)獲得男子足球項(xiàng)目的銀牌，玻爾更多時(shí)候作為替補(bǔ)門將在場(chǎng)邊揮舞著紅白國旗。玻爾提出了著名的“互補(bǔ)原理”，即宏觀與微觀理論，以及不同領(lǐng)域相似問題之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。互補(bǔ)原理指出經(jīng)典理論是量子理論的極限近似，而且按照互補(bǔ)原理指出的方向，可以由舊理論推導(dǎo)出新理論。這在后來量子力學(xué)的建立發(fā)展過程中得到了充分的驗(yàn)證。1997年IUPAC正式通過將第107號(hào)元素命名為Bohrium,以紀(jì)念玻爾

在對(duì)于量子力學(xué)的解釋上，玻爾等人提出了哥本哈根詮釋，但遭到了堅(jiān)持決定論的愛因斯坦及薛定諤等人的反對(duì)。從此玻爾與愛因斯坦開始了玻爾-愛因斯坦論戰(zhàn)，這一爭(zhēng)論一直持續(xù)至愛因斯坦去世。

玻爾與愛因斯坦在討論問題其子奧格·尼爾斯·玻爾也是物理學(xué)家，于1975年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他和本·羅伊·莫特森、詹姆斯·雷恩沃特因發(fā)現(xiàn)原子核中集體運(yùn)動(dòng)和粒子運(yùn)動(dòng)之間的聯(lián)系，并且根據(jù)這種聯(lián)系提出核結(jié)構(gòu)理論，而得獎(jiǎng)奧格·尼爾斯·玻爾（1922~2009）LouisdeBroglie

路易·德布羅意

德布羅意于1923年提出微觀粒子具有波粒二象性的假說。德布羅意認(rèn)為：正如光具有波粒二象性一樣，實(shí)體的微粒(如電子、原子等)也具有這種性質(zhì)，即既具有粒子性也具有波動(dòng)性。這一假說不久就為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。

在量子力學(xué)發(fā)展中所起的作用德布羅意這個(gè)人路易天資聰穎，有驚人的記憶力。他讀書能夠過目不忘。在法文、歷史、物理、哲學(xué)、這些不同的領(lǐng)域，他都能得到很好的成績。中學(xué)畢業(yè)后，他進(jìn)入了極具聲譽(yù)的索邦大學(xué)就讀。那時(shí)，他并不清楚應(yīng)該主修哪個(gè)科目。最初，他選擇了歷史。后來，又轉(zhuǎn)為主修法律。一直到他讀了昂利·龐加萊的兩本巨著，《科學(xué)和假設(shè)》與《科學(xué)的價(jià)值》，他才認(rèn)知物理學(xué)是他的最愛，開始專心研讀理論物理。德布羅意于1924年完成了博士論文。在這篇論文里，他詳細(xì)解釋他所創(chuàng)建的的電子波理論。由于論文的題目與內(nèi)容相當(dāng)先進(jìn)，朗之萬不能確定是否有瑕疵，所以寄給愛因斯坦一份，尋求他的意見。愛因斯坦那時(shí)候很忙，正在研究玻色-愛因斯坦統(tǒng)計(jì)，抽不出時(shí)間仔細(xì)閱讀，只能稍微翻了一下。立刻，他意識(shí)到這論文很有重量，興奮地回信：“他已經(jīng)掀起了面紗的一角”！并且將論文送去柏林科學(xué)院，使得這理論廣知于物理學(xué)界。德布羅意獲得了夢(mèng)寐以求的博士學(xué)位。Werner

Heisenberg

維爾納·海森堡

在量子力學(xué)發(fā)展中所起的作用他對(duì)物理學(xué)的主要貢獻(xiàn)是給出了量子力學(xué)的矩陣形式（矩陣力學(xué)），提出了“測(cè)不準(zhǔn)原理”（又稱“不確定性原理”）和S矩陣?yán)碚摰?。他的《量子論的物理學(xué)基礎(chǔ)》是量子力學(xué)領(lǐng)域的一部經(jīng)典著作。海森堡這個(gè)人海森堡愛好經(jīng)典音樂，是個(gè)出色的鋼琴手

海森堡的名字一直都和他的量子力學(xué)理論聯(lián)系在一起，這一理論發(fā)表時(shí)他年僅23歲1927年，年僅26歲的海森堡被任命為萊比錫大學(xué)的教授

海森堡為原子核物理學(xué)做出了重要貢獻(xiàn)，為基本粒子理論引入了內(nèi)部對(duì)稱量子數(shù)（1932年，1933年）。發(fā)展了一種鐵磁性理論（1928年）。和沃爾夫?qū)づ堇麑?duì)量子場(chǎng)論進(jìn)行了開創(chuàng)性研究工作。海森堡和JohnArchibaldWheeler同為S矩陣（1942年，1944年）之父其他開創(chuàng)性貢獻(xiàn)基于對(duì)原子輻射的觀察，海森堡認(rèn)為，在某一個(gè)給定的時(shí)間點(diǎn)，一個(gè)電子所處的位置是無法確定的，也無法跟蹤它的軌跡，所以玻爾假定的電子軌道并不存在；諸如位置、速度等力學(xué)量，無法用通常的數(shù)字來描述，但可以用抽象的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)即矩陣來表達(dá)，海森堡用矩陣形式給出了他的新理論（矩陣力學(xué)）海森堡又提出了著名的“不確定性原理”（又稱“海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理”）。他指出在一個(gè)量子力學(xué)系統(tǒng)中，一個(gè)運(yùn)動(dòng)粒子的位置和它的動(dòng)量不可被同時(shí)確定。ErwinSchr?dinger

薛定諤

在量子力學(xué)發(fā)展中所起的作用1926年他提出著名的薛定諤方程，為量子力學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。方程的提出只是稍晚于沃納·海森堡的矩陣力學(xué)，此方程至今仍被認(rèn)為是絕對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)，它使用了物理學(xué)上所通用的語言即微分方程。他還在同年證明了自己的波動(dòng)力學(xué)是與海森堡和玻恩的矩陣力學(xué)在數(shù)學(xué)上是等價(jià)的。MaxBorn

馬克斯·玻恩

在量子力學(xué)發(fā)展中所起的作用1925年至1926年與泡利、維爾納·海森堡和帕斯庫爾·若爾當(dāng)（PascualJordan）一起發(fā)展了現(xiàn)代量子力學(xué)（矩陣力學(xué)）的大部分理論。1926年又發(fā)表了他自己的研究成果玻恩概率詮釋（波函數(shù)的概率詮釋），后來成為著名的“哥本哈根詮釋”。PaulDirac

保羅·狄拉克

在量子力學(xué)發(fā)展中所起的作用給出描述費(fèi)米子的相對(duì)論性量子力學(xué)方程（狄拉克方程），給出反粒子（正電子）解。1932年，美國物理學(xué)家安德森證實(shí)反粒子的存在；使用狄拉克符號(hào)統(tǒng)一了量子力學(xué)理論描述的數(shù)學(xué)形式預(yù)言磁單極；費(fèi)米—狄拉克統(tǒng)計(jì)。另外在量子場(chǎng)論尤其是量子電動(dòng)力學(xué)方面也作出了奠基性的工作狄拉克這個(gè)人1933年狄拉克與薛定諤共同獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。他卻對(duì)拉塞福說，他不想出名，他想拒絕這個(gè)榮譽(yù)。”拉塞福對(duì)他說：“如果你做這樣做，你會(huì)更出名，人家更要來麻煩你。狄拉克重視學(xué)術(shù)的追求，在物質(zhì)生活上毫無享受，他不喝酒，不抽煙，只喝水。喜歡走路和游泳，偶而也會(huì)和朋友去電影院看電影。波爾說：“在所有的物理學(xué)家中，狄拉克是有最純潔的靈魂?！彼摹读孔恿W(xué)原理》，一直是該領(lǐng)域的權(quán)威性經(jīng)典名著，甚至有人稱之為“量子力學(xué)的圣經(jīng)”。楊振寧曾提到狄拉克的文章給人“秋水文章不染塵”的感受，沒有任何渣滓，直達(dá)深處，直達(dá)宇宙的奧秘。

五量子力學(xué)與現(xiàn)代科技量子力學(xué)為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)。比如說：原子能技術(shù)開發(fā)；納米技術(shù)；激光；超導(dǎo)與超流；大規(guī)模集成電路；等等。毫不夸張地說，沒有量子力學(xué)就沒有人類社會(huì)現(xiàn)代的物質(zhì)文明。1納米技術(shù)A納米技術(shù)：在納米尺度（1－100）上制造材料和器件的工藝。其實(shí)質(zhì)就是在分子水平上一個(gè)原子、一個(gè)原子地制造具有嶄新的分子組織的納米結(jié)構(gòu)的能力。B納米材料：由納米級(jí)結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的任何類型的材料。C納米尺度的觀測(cè)：掃描探針顯微術(shù)(ScanningProbeMicroscopy)是利用探針尖端與表原子間的不同種類的局域相互作用來測(cè)量表面原子結(jié)構(gòu)，獲得原子級(jí)分辨圖象。掃描隧道顯微鏡掃描隧道顯微鏡（STM）由STM頭部，電子學(xué)處理部分，減震系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（含軟件）組成。隧道效應(yīng)理論：在量子力學(xué)中，隧道效應(yīng)是粒子波動(dòng)性的直接結(jié)果。當(dāng)一個(gè)粒子進(jìn)入到一個(gè)勢(shì)壘中，而勢(shì)壘的勢(shì)能比粒子的動(dòng)能大時(shí)，根據(jù)量子力學(xué)原理，粒子越過壁壘而出現(xiàn)在勢(shì)壘的另一邊的幾率不為零，而經(jīng)典力學(xué)給出的幾率則為零。掃描隧道顯微鏡工作原理電子從一極通過隧道效應(yīng)穿過空間勢(shì)壘到另一極，形成隧道電流。電流大小取決于針尖與表面間距及表面電子狀態(tài)。掃描隧道顯微鏡要測(cè)量隧道電流變化，只能用于導(dǎo)體或半導(dǎo)體研究，并且得到的不是實(shí)際表面形貌。后來又發(fā)明了掃描探針顯微鏡（近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡、熱掃描顯微鏡、原子力顯微鏡），它們可在原子水平測(cè)量各種表面的形貌，研究表面彈性、塑性、硬度等。D對(duì)納米世界的操縱主要利用掃描探針顯微鏡和分子外延技術(shù)。移動(dòng)原子：用掃描探針顯微鏡還可操縱原子。IBM公司1990年第一次在一塊鎳晶體上用35個(gè)原子拼出了IBM3個(gè)字母，寬度在3個(gè)納米內(nèi)。美國正在研制一種納米操縱器，使用類似游戲機(jī)搖桿來控制掃描隧道顯微鏡掃描隧道顯微鏡：圖中的“IBM”是由單個(gè)原子構(gòu)成的2原子頻標(biāo)A.時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷史天文秒：地球?qū)μ柕墓D(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)，稱世界時(shí)。一個(gè)太陽日的86400分之一為1天文秒。精確程度為3年差1秒。時(shí)鐘性能標(biāo)準(zhǔn)：a實(shí)際測(cè)定的時(shí)間與定義值的偏離程度；b時(shí)間裝置在相繼時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生同一結(jié)果的程度；c一定形式的裝置在不同運(yùn)行期間或多次連續(xù)開機(jī)下產(chǎn)生相同鐘表的發(fā)展：

17世紀(jì)：機(jī)械鐘，誤差：一年不到一秒。20世紀(jì)：石英鐘。石英鐘與機(jī)械鐘不能替代以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。原子鐘與原子秒:1967年第十三屆國際計(jì)量大會(huì)決定，以零磁場(chǎng)下銫原子基態(tài)兩個(gè)超精細(xì)結(jié)構(gòu)能級(jí)之間的躍遷頻率作為國際通用頻率標(biāo)準(zhǔn)，定義持續(xù)9192631770個(gè)周期的時(shí)間為1原子秒。頻率的程度。B.銫原子鐘工作原理利用六組紅外線雷射光將銫原子冷卻，然后再將銫原子投擲到計(jì)時(shí)器真空的空間，形成一個(gè)銫原噴泉當(dāng)銫原子慢慢地降落在計(jì)時(shí)器的微波空穴內(nèi)，銫原子和微波發(fā)生相互作用，發(fā)出光子；由于銫原子停留在計(jì)時(shí)器的空間的時(shí)間延長了，科學(xué)家可以有更長的時(shí)間觀察和量度銫原子的振動(dòng)和銫原子發(fā)出的光子，提高原子鐘的準(zhǔn)確度。原子鐘內(nèi)部構(gòu)造圖C.原子鐘的應(yīng)用以及提高精度的意義原子鐘成了提供、記錄標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間必不可少的備。我國原子鐘精度為，屬世界先進(jìn)行列。時(shí)間的精確測(cè)定導(dǎo)致長度標(biāo)準(zhǔn)的改變。氪發(fā)出的特定波長：1米＝氪原子在真空中其2p10和5d5兩能級(jí)躍遷所發(fā)光波波長的1650763.73倍。精度：1983年國際計(jì)量大會(huì)定義一米為真空中平面電磁波在299792458分之一秒進(jìn)行路程的長度。時(shí)間精度提高，長度精度同時(shí)提高。原子鐘檢驗(yàn)相對(duì)論、量子論相對(duì)論、量子論是近代物理的基石。愛因斯坦廣義相對(duì)論受直接檢驗(yàn)還不多，原因是時(shí)間變化極微小，只有提高時(shí)鐘精度才能檢驗(yàn)。全球定位系統(tǒng)和信息高速公路的計(jì)劃精確的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)對(duì)社會(huì)生活和生產(chǎn)也有重大意義。3量子霍爾效應(yīng)A經(jīng)典霍爾效應(yīng)如圖所示，將一載流導(dǎo)體板放在磁場(chǎng)中，若磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)體板并與電流方向垂直，則在導(dǎo)體板的上下兩側(cè)面之間會(huì)產(chǎn)生一定的電勢(shì)差。這一現(xiàn)象叫做霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電勢(shì)差叫做霍爾電壓。B量子霍爾效應(yīng)朗道能級(jí)：帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),B沿z方向。薛定諤方程為：

能級(jí)：電子被局限在xy平面運(yùn)動(dòng),電子完全激化朗道能級(jí)

C

整數(shù)量子霍爾效應(yīng)通過硅金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管用電場(chǎng)使電子局限在半導(dǎo)體表面。與經(jīng)典霍爾效應(yīng)顯著差別是：和B不再呈線性關(guān)系，克利青發(fā)現(xiàn)，二維電子氣的霍爾電阻RH與B的關(guān)系是在總的直線趨勢(shì)上出現(xiàn)一系列平臺(tái)（量子化霍爾電阻）

量子霍爾電阻與具體材料無關(guān)。在絕對(duì)零度附近，強(qiáng)磁場(chǎng)下，并迫使電子在平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，霍爾效應(yīng)以臺(tái)階的方式變化。D分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)當(dāng)二維電子氣處于更強(qiáng)磁場(chǎng)和更低溫度時(shí)，出現(xiàn)新規(guī)律，出現(xiàn)量子化霍爾電阻平臺(tái)四、量子信息學(xué)量子信息學(xué)量子編碼量子克隆與量子復(fù)制量子密碼通訊量子態(tài)遠(yuǎn)程傳輸4量子信息學(xué)A量子編碼量子編碼：消相干會(huì)引起量子錯(cuò)誤，量子編碼的目的是為糾正或防止這些量子錯(cuò)誤?；舅枷胧且院线m的方式引進(jìn)多余信息，以提高信息的抗干擾能力。量子編碼的困難：（1）量子態(tài)不可克隆定理禁止態(tài)復(fù)制。（2）經(jīng)典編碼糾錯(cuò)時(shí)，需要進(jìn)行測(cè)量，以確定錯(cuò)誤圖樣，對(duì)量子態(tài)測(cè)量會(huì)破壞量子相干性。（3）經(jīng)典碼中的錯(cuò)誤只有一種，即0和1之間的躍遷，而量子錯(cuò)誤的自由度大得多，對(duì)一確定輸入態(tài)，輸出態(tài)可以是二維空間的任意態(tài)，錯(cuò)誤種類是連續(xù)的。量子糾錯(cuò)方案：1995年底，shor和steane獨(dú)立提出最初的兩個(gè)糾錯(cuò)方案。（1）為了不違背量子態(tài)不可克隆定理，量子編碼時(shí)，單比特不是被復(fù)制為多比特的直積，而是編碼為較復(fù)雜的糾纏態(tài)。（2）量子糾錯(cuò)在確定錯(cuò)誤圖樣時(shí)，只進(jìn)行部分測(cè)量，信息的量子相干性仍被保留。（3）量子錯(cuò)誤的種類雖為連續(xù)流，但它可表示為3種基本量子錯(cuò)，所有的量子錯(cuò)誤都將得到糾正。兩種編碼方案：1）糾隨機(jī)的量子碼，2）防合作錯(cuò)量子碼。B量子克隆與量子復(fù)制量子克隆與量子復(fù)制的區(qū)別是：前者是精確復(fù)制，而后者允許輸出態(tài)與輸入態(tài)有一定偏差。量子不可克隆定理：一個(gè)未知的量子態(tài)不可以克隆。量子態(tài)不可精確復(fù)制是量子密碼術(shù)的重要前提，它確保了量子密碼的安全性，使竊聽者不可采取克隆技術(shù)獲得合法用戶的信息。量子不可克隆定理并未排除量子復(fù)制。人們一直在尋找最佳的量子復(fù)制機(jī)，盡可能精確復(fù)制所有輸入態(tài)。C量子遠(yuǎn)程傳送經(jīng)典物理：精確測(cè)量—>遠(yuǎn)程復(fù)制量子物理：海森伯測(cè)不準(zhǔn)原理。單個(gè)未知量子態(tài)不可克隆。1993年，Bennett指出：量子態(tài)遠(yuǎn)程傳送是可能的。由量子力學(xué)，相互耦合的微觀粒子之間存在某種超光速關(guān)聯(lián)。對(duì)其中一個(gè)粒子進(jìn)行測(cè)量，另一粒子將瞬時(shí)“感應(yīng)”到這種影響D量子密碼通信經(jīng)典密碼通信原理：信息加密：對(duì)明文M進(jìn)行數(shù)據(jù)變換Gk得出密文C:Gk(M)=C.解密：對(duì)密文進(jìn)行逆變換，恢復(fù)明文。密鑰：明文和密文之間的變換借助密碼算法在參數(shù)K作用下完成，這樣的參數(shù)稱為密鑰，保密通信的關(guān)鍵在于密鑰K的生成。例：CIPHER--(按字母