量子力学

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圆环上的粒子

量子力学张越之 发表了文章 • 0 个评论 • 6186 次浏览 • 2022-07-28 22:48 • 来自相关话题

???环上的粒子我们考虑一个周期性的一维空间,在其中走过一定距离$L$的整数倍后便会回到出发点,我们称其为周期性边界条件,或者说,我们是在处理一个半径为$R=\frac{L}{2\pi}$的圆环。在这... 查看全部

一维$\delta$势问题

量子力学张越之 发表了文章 • 0 个评论 • 5886 次浏览 • 2022-07-18 11:51 • 来自相关话题

近日,一位长尾科技社群群友提出了一个关于$\delta$势中粒子能量的问题,细想之下我感到还是有些微妙的。故整理出此文。我们首先来求解势的薛定谔方程。定态薛定谔方程一维单$\delta$势的哈密顿量为... 查看全部

贝尔不等式是如何证明定域隐变量不存在?

物理张越之 回复了问题 • 7 人关注 • 4 个回复 • 2386 次浏览 • 2022-07-11 00:26 • 来自相关话题

微波和光学(可见光频)技术在量子光学实验中各有什么优劣?

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物理戴为 回复了问题 • 3 人关注 • 1 个回复 • 2224 次浏览 • 2022-05-29 11:40 • 来自相关话题

为什么微型黑洞可以作为能量源?

科幻无名_unknownID 发表了文章 • 0 个评论 • 1914 次浏览 • 2022-05-27 23:11 • 来自相关话题

(文章为我原创,封面来自生活大爆炸)       在目前的理论体系之下,人类可以应用的最强能量源是什么?       核聚变?对于“最强”来说,他不太够。       从能层提取克尔黑洞(旋转黑洞)的... 查看全部

普朗克尺度和普朗克时间

量子力学yubr 发表了文章 • 0 个评论 • 3476 次浏览 • 2022-05-18 00:26 • 来自相关话题

1. 引言1899年,德国物理学家、量子理论的开山鼻祖马克斯·普朗克 (Max Planck) 提出了一套特殊的单位制。他试图通过三个我们宇宙中的基本物理学常数:光速 ,约化普朗克常数  和牛顿引力常... 查看全部

不确定性原理到底在说什么?

量子力学长尾科技 发表了文章 • 0 个评论 • 1973 次浏览 • 2022-05-16 17:24 • 来自相关话题

提到量子力学,不确定性原理就是一个绕不开的话题。不确定性原理非常直观地体现了量子力学和经典力学之间的差异,而且表述还非常简单。它既不像薛定谔方程那样需要微积分和分析力学的基础,也不像算符、矩阵那样需要... 查看全部

什么是量子力学?

量子力学长尾科技 发表了文章 • 0 个评论 • 2206 次浏览 • 2022-05-16 16:07 • 来自相关话题

提到量子力学,很多人的第一反应是微观、不连续、不确定,然后就是玄乎、奇怪、诡异,乃至恐怖。有这样的想法并不奇怪,毕竟,它跟经典物理的确不太一样,大家也乐于相信玻尔说的:“如果谁不为量子力学感到困惑,他... 查看全部
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我本人是做微波的,姑且从我自己所了解的角度来说一说我自己目前对这个问题的答案。微波一般指波长在1 mm - 1 m之间的电磁波,对应频率300 MHz - 300 GHz。但今天我们谈论的微波电路一般比较适合20 GHz以下(波长cm以上)的微波信号,对于“毫... 显示全部 »
我本人是做微波的,姑且从我自己所了解的角度来说一说我自己目前对这个问题的答案。微波一般指波长在1 mm - 1 m之间的电磁波,对应频率300 MHz - 300 GHz。但今天我们谈论的微波电路一般比较适合20 GHz以下(波长cm以上)的微波信号,对于“毫米波”通常需要专门的技术。微波电路与直流和工频电路有不小的区别(在微波频由于趋肤效应无法简单使用直流导线),但归根结底依然是“电路”,而与传统意义上的由反射镜、光栅、透镜等元器件组成的“光路”显然有着更显著的区别。可见光的波长是400 nm - 800 nm,对应频率375 THz - 750 THz。所以一个GHz频率的微波光子的能量比一个光频光子低5个数量级。一方面,这意味着微波测量能够探测更精细的能级结构(例如原子超精细能级,各种自旋能级,和固体系统中的各种低能激发模式)——直观地说,对于频谱测量,微波比可见光的分辨率要高出五个数量级。但另一方面,微波测量的信噪比会受显著得受热噪音影响,300K的室温环境对应几百上千个微波光子的能量,即使是4K的环境都会对应几十个微波光子的噪音——因此,将微波测量应用于单光子水平的量子光学实验、尤其是精密测量实验的前置科技是超低温制冷。事实上,也正是在稀释制冷技术(可以制冷到10mK水平)的普及和成本下降,才推进了近十几年微波光子学,尤其是超导电路平台的快速发展。(p.s. 说句题外话,这正是基于超导电路的量子计算系统或许永远无法脱离稀释制冷机的超低温运行,即使未来有成熟的高温超导技术。因为超导量子计算需要的不仅仅是低于超导临界温度,更要求环境的热噪音相对微波信号足够低)除了频率(或者说单光子能量)这个本质的区别以外,微波测量相关的技术有以下这些特点(Devoret&Roy, 2018):1. 调制微波信号和调制光信号达到同样的相对误差水平,前者的成本要更低:1.1 市面上能买到的商用微波源有极佳的频率稳定性,产生一个几GHz的相干微波信号,频率随时间的浮动可以达到sub Hz的水平。作为对比,激光器想要实现10^-9水平的稳频控制(100 MHz以下的锁频)是相对比较困难的。这主要也是得益于微波的波长更长,因此对于微小的机械振动不敏感。1.2 得益于快速数字电路技术,尤其是FPGA技术的发展,我们有能力以极高的精确度调制频域展宽不超过50 MHz(相邻两点时间步长20 ns)的微波波包。也就是说,相对若干GHz的载波频率,现有的技术能以较低成本实现相对展宽1%以上的任意波形调制。2. 我们有成熟的微纳加工工艺可以将绝大多数微波电路元器件都可以近似lumped-element的方式集成在一张芯片上,与此同时,现有的fab工艺可以将微波电路与各种固体系统做on-chip的集成。这使得用微波天然适合凝聚态系统中的实验。3. 具体对于超导电路来说,存在约瑟夫森结(Josephson Junction)这样一个简单可控鲁棒性强的、无能量耗散的、从单光子水平到mA电流都能工作的非线性元件。基于约瑟夫森结,我们有设计人造量子系统(例如超导qubit)的能力。相对原子,超导qubit(或可称之为人造原子)可以具有定制化的能级结构,从而减少对信息处理的其它环节的硬性限制。此外,基于约瑟夫森结这样一种“干净的”非线性元件所实现的约瑟夫森参数放大器等元件也具有比所有类似功能的半导体元件都更低的噪音。将上述的一些点反过来用,则就是光学测量的优势了:1. 在足够精巧的实验设计下,使用频率更高波长更短的电磁波可以实现相对不确定度更低的位移或时间差的测量(LIGO,光频原子钟等)。这是一项非常根本的优势。2. 可见光的绝对频率范围足够宽,因此用作信息传输媒介可以实现远大于微波的信息容量。而且,可见光信号在光纤中传输的耗散要显著低于微波信号在普通(非超导)传输线中的耗散。除此之外,可见光信号可以在自由空间中做远距离传输,这是微波信号极难实现的。3. 大多数光学信号天然地对于热噪音不敏感(相比微波信号来说),因此在大多数场合并不需要极低噪音的模拟信号处理元件(例如量子极限水平的放大器)就能实现相当高的信噪比。4. 具体对于量子信息处理来说,基于自然原子和离子系统的qubit天然地具有更好的量子相干性(相比固体系统中实现的人造原子而言)。5(?). 我一直有一个印象,大功率(或者说光子流量大)的相干光源比同等光子流的相干微波源要相对更易实现,不确定这一印象是否属实。或许一方面原因是使用大功率微波源总是需要担心破坏超低温环节,而大功率光源这方面的担心相对较少。欢迎补充,尤其是来自光学实验相关背景的补充!

普朗克尺度和普朗克时间

量子力学yubr 发表了文章 • 0 个评论 • 3476 次浏览 • 2022-05-18 00:26 • 来自相关话题

1. 引言1899年,德国物理学家、量子理论的开山鼻祖马克斯·普朗克 (Max Planck) 提出了一套特殊的单位制。他试图通过三个我们宇宙中的基本物理学常数:光速 ,约化普朗克常数  和牛顿引力常... 查看全部

不确定性原理到底在说什么?

量子力学长尾科技 发表了文章 • 0 个评论 • 1973 次浏览 • 2022-05-16 17:24 • 来自相关话题

提到量子力学,不确定性原理就是一个绕不开的话题。不确定性原理非常直观地体现了量子力学和经典力学之间的差异,而且表述还非常简单。它既不像薛定谔方程那样需要微积分和分析力学的基础,也不像算符、矩阵那样需要... 查看全部

什么是量子力学?

量子力学长尾科技 发表了文章 • 0 个评论 • 2206 次浏览 • 2022-05-16 16:07 • 来自相关话题

提到量子力学,很多人的第一反应是微观、不连续、不确定,然后就是玄乎、奇怪、诡异,乃至恐怖。有这样的想法并不奇怪,毕竟,它跟经典物理的确不太一样,大家也乐于相信玻尔说的:“如果谁不为量子力学感到困惑,他... 查看全部

贝尔不等式是如何证明定域隐变量不存在?

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物理张越之 回复了问题 • 7 人关注 • 4 个回复 • 2386 次浏览 • 2022-07-11 00:26 • 来自相关话题

微波和光学(可见光频)技术在量子光学实验中各有什么优劣?

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圆环上的粒子

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???环上的粒子我们考虑一个周期性的一维空间,在其中走过一定距离$L$的整数倍后便会回到出发点,我们称其为周期性边界条件,或者说,我们是在处理一个半径为$R=\frac{L}{2\pi}$的圆环。在这... 查看全部

一维$\delta$势问题

量子力学张越之 发表了文章 • 0 个评论 • 5886 次浏览 • 2022-07-18 11:51 • 来自相关话题

近日,一位长尾科技社群群友提出了一个关于$\delta$势中粒子能量的问题,细想之下我感到还是有些微妙的。故整理出此文。我们首先来求解势的薛定谔方程。定态薛定谔方程一维单$\delta$势的哈密顿量为... 查看全部

为什么微型黑洞可以作为能量源?

科幻无名_unknownID 发表了文章 • 0 个评论 • 1914 次浏览 • 2022-05-27 23:11 • 来自相关话题

(文章为我原创,封面来自生活大爆炸)       在目前的理论体系之下,人类可以应用的最强能量源是什么?       核聚变?对于“最强”来说,他不太够。       从能层提取克尔黑洞(旋转黑洞)的... 查看全部

普朗克尺度和普朗克时间

量子力学yubr 发表了文章 • 0 个评论 • 3476 次浏览 • 2022-05-18 00:26 • 来自相关话题

1. 引言1899年,德国物理学家、量子理论的开山鼻祖马克斯·普朗克 (Max Planck) 提出了一套特殊的单位制。他试图通过三个我们宇宙中的基本物理学常数:光速 ,约化普朗克常数  和牛顿引力常... 查看全部

不确定性原理到底在说什么?

量子力学长尾科技 发表了文章 • 0 个评论 • 1973 次浏览 • 2022-05-16 17:24 • 来自相关话题

提到量子力学,不确定性原理就是一个绕不开的话题。不确定性原理非常直观地体现了量子力学和经典力学之间的差异,而且表述还非常简单。它既不像薛定谔方程那样需要微积分和分析力学的基础,也不像算符、矩阵那样需要... 查看全部

什么是量子力学?

量子力学长尾科技 发表了文章 • 0 个评论 • 2206 次浏览 • 2022-05-16 16:07 • 来自相关话题

提到量子力学,很多人的第一反应是微观、不连续、不确定,然后就是玄乎、奇怪、诡异,乃至恐怖。有这样的想法并不奇怪,毕竟,它跟经典物理的确不太一样,大家也乐于相信玻尔说的:“如果谁不为量子力学感到困惑,他... 查看全部