探索量子
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量子物理学的反直觉方面在该理论的早期由著名的思想实验得到了说明,从爱因斯坦和玻尔的光子盒到薛定谔的猫。这些实验的现代版本涉及单个粒子 - 电子、原子或光子 - 如今已经在世界各地的许多实验室中实现。通过在受控环境中操纵这些简单系统,物理学家直接揭示了量子的奇特特性。状态叠加、纠缠和互补性定义了一种可用于信息处理的新型量子逻辑,为应用带来了巨大希望。本书描述了一类已经成熟的思想实验。在广泛且快速发展的研究领域中,我们选择详细分析在高 Q 腔中使用原子和光子进行的实验以及相关实验,涉及陷阱中的离子或光学晶格中的冷原子。在这些看似不同的领域中,相同的基本物理原理在起作用:两级自旋系统与量子谐振子相互作用。我们认为,与抽象的理想化实验相比,对这些真实的“自旋-弹簧”实验的描述更能具体地说明量子概念。尽管后者更易于分析,而且肯定会出现在量子力学的入门课程中,但我们认为,真正的“思想实验”应该成为中级或高级现代量子物理教学的核心。在实验室中进行这些实验的努力很大程度上是受到人们对量子信息在通信和计算中的实际应用的希望所引发的。相反,这个快速扩展的研究领域必将对量子概念的教学和学习产生越来越大的影响。处理真实系统必然涉及描述这些系统与其不可避免的环境之间的相互作用,换句话说,就是讨论松弛和退相干。这些现象由一种形式主义(密度算子或随机蒙特卡罗方法)描述,它取代了基本量子物理学的简单状态描述。掌握这种方法并理解退相干可以深入了解量子的一个重要方面,即它与经典物理学的关系。在量子时代的黎明,人们发明了思想实验来说明量子-经典边界的令人费解的特征。因此,理解这些实验的现代版本也必须解决这个重要问题,这并不奇怪。从描述基本量子实验的简单目标开始

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