量子相关知识

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1.一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位,我们就说这个物理量是量子化的,把这个最小单位称为量子。光子就是光量子,一束光至少包含一个光子。

2.原子中电子的能量不是连续变化的,只能取分立的值,即,原子中电子能量是量子化的。

3.量子力学描述一个粒子的状态,是使用一个态函数或者称为态矢量。态矢量位于一个数学抽象的线性空间。两个态矢量之间可以进行“内积(或点积)”的运算。内积绝对值越大说明两个矢量的方向越接近。对两个态矢量来说,内积绝对值表现出它们相似程度。

    (内积:两个矢量a,b,则a,b的内积为:ab cosθ,θ为a,b夹角)

4.对于任何一个物理量A(eg:位置,向量),态矢量都可以分为两类:

        ①具有确定的A,称为A的本征态,A的取值称为这个本征态的本征值;

        ②不具有确定的A,称为A的非本征态。

   非本征态比本征态多得多,如同无理数比有理数多得多。

   即绝大多数情况下,一个粒子是没有确定的位置的.

5.对于A的本征态测量A,粒子的状态不变,测得的就是这个本征态的的本征值。而对A的非本征态s测量A,会使粒子的状态突然从s变成某个A的本征态f,概率是s和f的内积的绝对值的平方——(s,f)^2,发生这个突变后测得的就是f的本征值。实际就是两个态越相近,概率越大。对于位置的非本征态测量位置,就会测得粒子出现在某个随机的位置,而出现在空间中所有位置的几率之和等于1。

    

    对本征态的测量不改变状态,得到本征值;对非本征态的测量随机的把它改成某个本征态,得到相应的本征值。

6.量子力学具有本质的随机性。

7.EPR实验:爱因斯坦(Einstein)、波多尔斯基(Podolsky)、罗森(Rosen)三人提出的一个思想实验,他们名字首字母即为EPR实验。

   EPR对:制备两个粒子A和B的非本征态,使得在这个状态中两个粒子的某个性质(如电子的自旋角动量)相加等于0,而单个粒子的这个性质不确定,这样的一堆粒子称为“EPR对”,即纠缠态粒子。

   因为这两个粒子的性质不可分割的纠缠在一起,因此当你把两个粒子分开到无限远,只要你测出其中一个的性质,立刻会知道另一个的性质(eg:测出A为上,则B一定为下)。

  那么,间隔如此远的地方,B是如何知道A发生了变化,然后发生相应变化的呢?EPR认为A,B之间出现了“鬼魅般的超距作用”,信息传递的速度超过光速,违反了相对论,然而经过实验证明,结果与量子力学预言吻合。

8.EPR现象是一个真实的效应,量子隐形传态(Quantum teleportation)就是一个重要的应用。

   量子隐形传态做的实际上是把粒子A的量子态传输给远处的另一个粒子B,让B变成A最初的状态,传的是状态而非粒子。

  量子隐形传态的基本元素包括中介粒子、密码和经典信道。

  基本思路:让第三个粒子C与B组成EPR对,C与A距离很近,与B距离很远,A就是待传的粒子。让A,C发生相互作用,改变C的状态,相应的B的状态也发生了变化,对AC整体进行一次测量,AC就随机的突变到了一个本征态上,B也突变到了相应状态,此时将AC的本征值当作密码通过经典信道发给B,对B按照密码进行操作,就得到了A最初的状态。

  由于有传输密码这一步卡着,因此量子隐形传态不能超过光速。

9.量子隐形传态不是复制状态

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