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PHYS 173L 教学大纲 13 周 v3
• 解释量子理论的假设并将其应用于简单的量子系统； • 用复向量和矩阵描述量子态和算子，并用狄拉克符号表示它们； • 通过求解薛定谔方程找到有限维系统（如量子比特）的时间演化，并计算测量结果的概率； • 用量子逻辑电路表达量子计算，解释几种著名的量子算法的工作原理并确定其计算复杂度； • 用连续变量的薛定谔方程描述空间中粒子的演化，并求解几个简单系统的方程； • 使用密度算符将开放系统效应（如退相干和损耗）纳入量子理论，并用它来描述非零温度下的量子系统； • 进行基本量子效应的实验演示； • 在 Mathematica 中运行小规模量子系统的模拟。先决条件：PHYS 162L 或 PHYS 172L 建议准备：对向量和矩阵以及复杂算术的基本了解对本课程有帮助。
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支持AI的自主驾驶：通过预测分析提高安全性和效率
Venkata Bhardwaj，数据工程负责人，Venkatbhardwaj@yahoo.com摘要自主驾驶（AD）是一种新兴技术，有望彻底改变运输的未来。除了通过减少人体错误提供改善道路安全的机会外，AD的应用还将通过提高驾驶和交通流量稳定性来提高交通效率，因为可以开发高级算法，以开发用于预测分析的高级算法。在本文中，我们强调了以下事实：与人类驾驶员相互作用的自动化车辆（AV）的动力学是弱集体的开放系统复杂的复杂，本质上是时间的和表示层次结构。为了针对支持AI的自主驾驶的实现挑战，我们开发了具有感知和学习模块的预测性计划，以在操作和战术计划中执行与任务相关的场景理解。关于支持AI的运输的讨论将功能和实现级别分开，并将它们链接在一起。启用AI-AD系统的动态可视化框架很容易扩展到广泛的复杂系统中的其他类似系统和过程。
耗散量子 - 步行动力学中光谱几何形状的自动加速度
物理系统的动态行为通常源自其光谱特性。在开放系统中，有效的非炎症描述可以在复杂平面中获得丰富的光谱结构，因此伴随的动态非常丰富，而基本连接的识别和构成很具有挑战性。在这里，我们实验证明了局部激发的瞬时自我加速与使用有损耗的光子量子步道的非热谱拓扑之间的对应关系。首先将重点放在一维量子步行上，我们表明，测得的波函数的短时加速度与特征光谱所包围的区域成正比。然后，我们在二维量子步行中揭示了类似的对应关系，其中自动加速与复杂参数空间中特征光谱包含的体积成正比。在两个维度中，瞬态自动加速度越过长期行为，在漂移速度下以恒定流动为主。我们的结果揭示了频谱拓扑与瞬态动力学之间的通用对应关系，并为非光谱几何形状源自光谱系统的现象提供了敏感的探针。
论量子轨迹中对称性破缺和耗散冻结的普遍性
最近，几项涉及具有强对称性的开放量子系统的研究发现，主方程的蒙特卡罗解法中的每一条轨迹都会动态地选择一个特定的对称扇区，在长期极限内“冻结”在其中。这种现象被称为“耗散冻结”，在本文中，我们通过介绍该问题的几个简单的数学观点，认为这是开放系统中存在强对称性的普遍结果，只有少数例外。我们使用许多示例系统来说明这些论点，揭示了非对角对称扇区中刘维尔谱特性与冻结发生所需时间之间的明确关系。在这些扇区中出现纯虚特征值的特征模式的极限情况下，冻结不会发生。此类模式表明系统对称扇区之间信息和相干性的保存，并可能导致非平稳性和同步等现象。单个量子轨迹水平上没有冻结现象，这为识别这些无迹模式提供了一种简单、计算有效的方法。
有效地将量子与具有固定电荷的混合状态的经典相关性分离
纠缠是量子技术的关键资源，是令人兴奋的多体现象的根源。，量化了现实世界中两个部分之间的纠缠在与环境相互作用时的两部分，因为后者将跨边界的经典与quantum相关性混合在一起。在这里，我们使用混合状态的操作员空间纠缠频谱在此类开放系统中有效地量化量子相关性。如果系统具有固定的电荷，我们表明光谱值的一个子集编码不同的跨边界电荷配置之间的相干性。这些值的总和我们称为“配置连贯性”，可以用作跨边界的量化。至关重要的是，我们证明，对于非侵扰地图，例如，林金型的演变与Hermitian跳跃操作员，配置连贯性是纠缠的措施。此外，可以使用该州密度矩阵的张量净工作表示可以进行官能计算。我们展示了在存在下的链上移动的无旋转粒子的配置共同体。我们的方法可以在广泛的系统中量化连贯性和倾向，并激发有效的纠缠。
可持续的微藻种植
摘要。微藻已成为生物燃料和高价值化合物的有希望的原料，这是针对全球能源和资源挑战的潜在解决方案。这篇全面的综述研究了微藻种植技术的最新进步，重点是开放系统和封闭的光生反应器（PBRS）。我们分析了各种配置，包括开放式赛道池塘，管状PBR，平板PBR和新型设计，例如光交换气泡柱（LEB）。审查包括关键绩效指标，例如生物量生产率，能量E ffi的效率和用水量以及生命周期评估（LCA）的结果，用于不同的培养系统。我们还讨论了扩大微藻生产的挑战和机遇，整合废水处理和CO 2缓解的潜力以及生物填充方法的前景。通过综合最新的研究发现并确定知识差距，该评论旨在为研究人员，工程师和政策制定者在可再生能源和生物技术领域的可持续微藻种植中的当前状态和未来方向提供全面的了解。
在海洋环境中进行生物修复：增强的挑战和前瞻性方法
摘要。生物修复是管理海洋污染的低成本，干净且环保的方法。尽管具有很大的潜力，但海洋生物修复仍面临着自己的挑战。作为开放系统，海洋中的养分有限和环境条件会影响降解微生物的代谢，从而影响了生物降解率。已采用多种策略来以不同程度的成功来提高生物修复率。本综述从在受控条件及其对生物修复的潜在应用下的实验研究的角度讨论了这些策略。据报道，添加营养或其他电子受体（生物刺激）以及在受污染的位点（生物鼓法）中胜任的微生物，以提高污染物降解率。已经采用了进一步的修改，例如使用固定细胞和基因工程来增强生物学的有效性。可以将这些策略中的多种相互补充。但是，应该注意的是，迄今为止的所有报告主要是在实验室范围内完成的。需要通过考虑其他因素（例如气候，位置和污染物类型）来进行进一步的研究，以改善整个海洋环境的污染物去除。
二维可重构非厄米规范激光阵列
光子非厄米系统中的拓扑效应近期引发了一系列非凡的发现，包括非互易激光、拓扑绝缘体激光器和拓扑超材料等等。这些效应虽然在非厄米系统中实现，但都源于其厄米分量。本文，我们通过实验证明了由二维激光阵列中的虚规范场引起的拓扑趋肤效应和边界敏感性，这与任何厄米拓扑效应有着根本的不同，并且是开放系统所固有的。通过选择性地和非对称地向系统中注入增益，我们在芯片上合成了一个虚规范场，它可以根据需要灵活地重新配置。我们不仅证明了非厄米拓扑特征在非线性非平衡系统中保持不变，而且还证明了可以利用它们来实现强度变形的持久相位锁定。我们的工作为具有强大可扩展性的动态可重构片上相干系统奠定了基础，对于构建具有任意强度分布的高亮度源具有吸引力。
量子光学简介
这些是我在上海交通大学致远学院教授的一门课程的讲义（可在 www.youtube.com/derekkorg 上找到），尽管第一稿是为我在德国埃尔朗根-纽伦堡大学教授的上一门课程而写的。它是为只接受过量子力学基础培训的学生设计的，因此，该课程适合各个层次的人（例如，从本科毕业一直到博士阶段）。这些笔记还在进行中，这意味着一些证明和许多图表仍然缺失。然而，我已尽我所能，以这样一种方式编写所有内容，即使有这些缺失的部分，读者也可以自然地理解所有的论证和推导。另外，还剩下几章需要添加，其中一章是关于分析开放系统动力学的数学方法，另一章介绍了目前大量实验平台，这些笔记中开发的工具和想法目前正在这些平台上实施。首先，我先说几句关于讲座主题的话。量子光学研究光与物质之间的相互作用。我们可以将光视为电磁波谱的光学部分，将物质视为原子。然而，现代量子光学涵盖了各种各样的系统，因此更及时的定义可能是“低能量子电动力学”。这种情况包括，例如，超导电路、受限电子、半导体中的激子、固态缺陷或微观、中观和宏观系统的质心运动。此外，量子光学是呈指数级增长的量子信息处理和通信领域的核心，无论是在概念层面还是在技术实现层面。量子光学中发展起来的思想和实验也让我们能够重新审视与凝聚态物理甚至高能物理相关的多体问题。此外，量子光学有望在桌面实验中检验量子力学以及标准模型以外的物理学的基本问题。量子光学的显著特点之一是它处理的是非孤立系统，即它们会向周围环境泄漏能量和信息。虽然这实际上是真实物理系统中最常见的情况，但这并不是学生在标准量子力学课程中通常遇到的情况。本课程的很大一部分致力于填补这一空白：它介绍了许多用于描述开放量子光学系统的工具和方法。除了实际用途之外，这些方法还具有深刻的物理解释，使学生更好地理解量子力学。因此，量子光学和开放系统是未来量子物理学研究人员不容错过的课题。我必须强调，为了成长为一名优秀的量子物理学家，尽可能多地阅读这些主题的资料非常重要。因此，我总结了一份参考文献清单，这些参考文献在我职业生涯的不同阶段都非常有用 [ 1 – 21 ]。最后，我要感谢过去几年仔细阅读这些讲义并帮助我完善讲义的许多学生，以及提出改进建议或将其传播给学生的几位同事。