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特刊 - 德国联邦物理技术研究院
随着对光和物质波场的量子性质的研究取得最新进展，量子工程这一新领域应运而生。量子工程为量子计量学测试基本物理定律开辟了新视野，在空间和时间测量方面达到了前所未有的精度水平。相关的新型量子技术催生了原子钟和传感器，可在全球大地测量、惯性传感、导航和激光测距中得到广泛应用。德国联邦物理技术研究院 (PTB) 一直致力于开发超越最先进水平的精密测量技术。多年来，PTB 与汉诺威莱布尼茨大学 (LUH) 一直有着出色的合作伙伴，尤其是数学、物理和大地测量学院的研究所，以及马克斯普朗克引力物理研究所 (Albert Einstein Institute, AEI)，这些研究所在量子工程和密切相关领域开展着顶级研究。此外，与汉诺威激光中心 (LZH) 和不来梅大学应用空间技术和微重力中心 (ZARM) 的密切合作已被证明是卓有成效的。这个强大的社区是最终导致建立 QUEST（量子工程和时空研究中心）的先决条件，该中心是汉诺威莱布尼茨大学的卓越中心。因此，QUEST 汇集了这些合作伙伴的杰出专业知识，以在汉诺威-布伦瑞克地区共享知识并提高该地区的实力。该集群的核心思想是将量子工程、量子传感器、时空和使能技术这四个主要研究领域联系起来，并建立有前景的研究活动，特别是在这些领域的交界处。因此，PTB、LUH、AEI、LZH 和 ZARM 之间的未来合作将通过各种 QUEST 措施得到系统加强，例如通过在 PTB 校园内建立联合教授职位和研究小组。在本出版物中，读者将获得 QUEST 合作伙伴的概述以及 PTB 正在进行和计划中的 QUEST 相关研究活动。我们希望 PTB 的新 QUEST 研究所能够不负众望，为量子工程和时空研究的科学技术做出领先贡献。我们希望您喜欢阅读本期内容。
PH19141 – 材料物理学
目标 • 增强物理学基础知识及其与机械工程流相关的应用。 • 让学生熟悉用于研究/确定材料各种性质的各种实验装置和仪器。 单元 I - 物质的力学和性质 9 基本定义 - 牛顿定律 - 力 - 解牛顿方程 - 约束和摩擦 - 圆柱和球坐标 - 势能函数 - 保守力和非保守力 - 中心力 - 角动量守恒 - 非惯性参考系 - 旋转坐标系 - 向心加速度和科里奥利加速度 - 弹性 - 应力-应变图 - 梁弯曲 - 悬臂凹陷 - 杨氏模量测定 - I 型梁。第二单元 - 晶体物理学 9 基础 – 晶格 - 对称操作和晶体系统 - 布拉维晶格 - 原子半径和填充率 - SC、BCC、FCC、HCP 晶格 - 米勒指数 - 晶体衍射 - 倒易晶格 - 解释衍射图案 - 晶体生长技术-切克劳斯基和布里奇曼，晶体缺陷。 第三单元 - 材料物理学 9 固溶体 - 休谟-罗瑟里规则 – 吉布斯相规则 - 二元相图 - 等温体系 - 连接线和杠杆规则 - 共晶、共析、包晶、包析、偏晶和同晶体系 - 微观结构的形成 - 均匀和非均匀冷却 – 成核 - 铁碳相图 - 共析钢 - 亚共析钢和过共析钢 – 扩散 - 菲克定律 – TTT 图。单元 IV - 工程材料与测试 9 金属玻璃 - 制备和性能 - 陶瓷 - 类型、制造方法和性能 - 复合材料 - 类型和性能 - 形状记忆合金 - 性能和应用 - 纳米材料 - 自上而下和自下而上的方法 - 性能 - 抗拉强度 - 硬度 - 疲劳 - 冲击强度 - 蠕变 - 断裂 - 断裂类型。 单元 V - 量子物理 9 黑体问题 - 普朗克辐射定律 - 光的二象性 - 德布罗意假设 - 物质波的性质 - 波包 - 薛定谔方程（时间相关和时间无关） - 玻恩解释（波函数的物理意义） - 概率流 - 算子形式（定性） - 期望值 - 不确定性原理 - 盒子中的粒子 - 特征函数和特征值 - 狄拉克符号（定性）。
非绝热非热系统的“浆果阶段”分析如何反映其几何形状
一个人可以使用描述性命名法（例如“量子波方程”）或同名命名法（对于同一示例，“schrödinger方程”）。后者更好地融入了讲故事的方法，尽管必须始终在某个地方提供描述！在这里，为了方便“热力学III几何”特刊的读者，我们欣赏了有关各种复杂系统的“浆果阶段”分析的非常大的文献。这不是特刊的编辑摘要，而是试图将与特殊问题相关的技术领域连接起来，目前几乎完全断开了连接。特别是，一组工人解决了“定量的几何热力学”，因此[1]，另一个工人解决了光学系统[2]，而另一批则解决了快速/慢速动态系统[3]。令人惊讶的是，这些都是正式相关的，在这里，我们希望给出某种连贯的概述，尤其是这些领域，尤其是这些关系。在这个通用场中进行了多少工作是非凡的，因此此“审查”只是指示。它强调并不详尽。如Gu等人。[4]指出，“当经典或量子系统经历其参数空间缓慢变化控制的环状进化时，它获得了一种拓扑相位因子，称为几何或浆果阶段，这揭示了量子力学中的量规结构”。“ Hannay的角度”是此额外量子相[5]的经典对应物，从旋转顶部的优雅处理中可以清楚地看出[6]。[8]，也有助于总结了该领域）。量子几何阶段和经典的Hannay角度确实密切相关，这是通过最近的工作确认的断言[7]。aharonov – bohm效应（由零幅度的字段引起的波函数相移的奇怪现象）到目前为止已经进行了充分的研究。甚至被认为是对重力场的物质波的适当时机的相移（参见Oversstreet等人。这种相移被称为“浆果”，1984 [2]或“几何阶段”之后的“浆果阶段”（使用Berry首选的描述性命名法，他指出了包括Pancharatnam在内的许多杰出贡献者，包括Pancharatnam [9]）。Berry最初对绝热系统进行了处理，但后来意识到对非绝热情况的概括是“直接的” [10]。这也用摩尔[11]优雅地解释了Floquet定理（固态物理学家称为Bloch定理）。摩尔指出，“浆果阶段”也被称为“ aharonov – anandan阶段”，因为他们的治疗实际上是去除绝热限制的第一个[12]，尽管似乎（非绝热）Aharonov – Aharonov – Anandan阶段可能与（Adibiabatic）
量子力学
本脚本是圣保罗大学 (USP) 圣卡洛斯物理研究所 (IFSC) 开设的几门研究生课程的综合。这些课程包括量子力学 (SFI5774)、原子和分子物理学 (SFI5814)、量子力学 B (SFI5707)、光与物质的相互作用 (SFI5905) 和原子光学 (SFI5887)。当然，这些课程的主题是紧密相连的。本综合脚本的目的是强调主题之间的相互联系，并促进对它们之间关系的理解。在第一部分中，我们介绍了量子力学，它是本书其余部分的基础理论。在第二部分中，我们重点介绍原子的结构。在第三和第四部分中，我们研究光的性质、光与单个原子和原子集合的相互作用以及相互作用如何受到腔和表面的影响。最后，在第五部分中，我们介绍了物质波的光学。本课程面向物理学硕士和博士生。脚本是一个初步版本，会不断进行更正和修改。欢迎随时通知错误并提出改进建议。脚本包含练习，可从作者处获得答案。有关课程的信息和公告将在网站上发布：http://www.ifsc.usp.br/ strontium/ − > 教学 − > 学期 学生的评估将基于书面测试和学生选择的特别主题的研讨会。在研讨会上，学生将在 15 分钟内介绍所选主题。他还将以数字形式提交一份 4 页的科学论文。可能的主题有： - 观察两个离子的超辐射和亚辐射自发辐射（Exc. 21.2.4.9）， - 压缩态（Sec. 15.3）， - Jaynes-Cummings 模型（Sec. 15.4）， - 量子投影噪声（Sec. 16.3.2）， - 量子门（Sec. 22.3）， - 量子蒙特卡罗波函数模拟方法（Sec. 16.1.2）， - 量子芝诺效应（Sec. 16.3.1）， - 布洛赫方程：推导和解释（Sec. 14.4）， - 量子跳跃、其历史和观察（Sec. 16.1.2）， - 薛定谔的猫（Sec. 16.1.1）， - 爱因斯坦-波多尔斯基-罗森假设及其实验证伪（Sec. 22.1.1 ), - Elitzur 和 Vaidman 炸弹测试问题 (16.1.3 节 ), - 拓扑相和 Aharonov-Bohm 效应 (16.4 节 ), - 量子非拆除测量 (16.3.3 节 ), - 根据费米黄金法则计算光电效应 (Exc. 5.4.5.7 ), - 量子关联和 Young 和 Hanbury-Brown-Twiss 实验 (15.5.1 节 ), - Hartree-Fock 方法 (11.3.3 节 ), - 用高斯波包描述的自由粒子的时间演化, - WKB 近似 (5.3 节 ), - 里德堡原子 (9.4.4 节 ), - 氦原子 (11.2 节 ),
ICAP暑期学校圣约翰学院，牛津8日至12日...
讲师和讲座摘要（每个讲师都有两个1小时15分钟的插槽）Tracy Northup - 离子捕获和腔离子陷阱使我们能够对原子离子的运动和电子状态进行精确控制；空腔使我们能够对单个光子进行精确的控制。我们将研究这两个系统如何为在单个量子的水平上的光与物质之间的接口提供基础。我们如何在这样的接口中描述连贯的过程？我们如何描述与环境的互动？我们从过去几十年来的具有里程碑意义的实验中学到了什么，今天有哪些问题可以回答什么？这些问题和其他问题将被解决。jean dalibard - 这些讲座中的连贯物质波，我将提出一些与量子气体有关的显着现象，包括它们的超流体特性以及拓扑结构（例如孤子和涡流）的稳定。i将展示如何使用量子气体混合物的可能性大大丰富了可观察到的现象的范围，并讨论围绕这些系统进行的一些最新实验。Michel Brune-基于单个Rydberg原子阵列的光学镊子和Rydberg原子模拟器的量子模拟已成为量子模拟和量子信息处理的领先平台之一。它基于光学镊子中基态原子阵列的制备，并提升为Rydberg水平，提供了受控的长距离相互作用。它也导致光的极化的纵向成分，从根本上改变了相互作用的性质。讲座将介绍该平台和当前成就，包括许多旋转系统的身体物理和应用程序以结合问题。将讨论性能限制，我将证明使用圆形的rydberg原子而不是低角度动量，人们对长时间尺度上的量子模拟进行了令人兴奋的观点，以量子rauschenbeutel arno rauschenbeutel-轻度 - 轻度耦合 - 通过量子纳米量和光学的量子构成量子和光学的微型量子，并提供量子的量子，并提供了量子的量子，并提供了量子的含量，并提供了量子的含量，并提供了量子的含量。进入纳米结构。从技术的角度来看，这很有吸引力，因为它可以实现可靠的量子应用，例如量子光源或量子模拟器。令人惊讶的是，这种光子纳米结构提供的光的紧密限制不仅会强烈提高光发射器的相互作用强度。特别是，相互作用强度可以依赖于向前和向后的光的传播方向。在这种情况下，人们还谈到了光和发射器之间的手性耦合。在我的演讲中，我将介绍量子纳米光子学中光结合的理论和实验基础，并讨论从这个快速发展的领域中出现的一些新功能和应用。大卫·卢卡斯（David Lucas） - 第一次讲座中的离子陷阱和量子计算，我将介绍射频保罗陷阱的基础（通常用于量子计算设置），被困的离子量子码和量子逻辑门。在第二堂课中，我将描述如何通过将它们与单个光子接触到光纤链接上的捕获离子；这是将量子处理器扩展到大量Qubits的一种可能方法。我将使用我们在牛津建造的两节点离子陷阱网络实验提供一些量子网络应用程序的示例。
关联玻色子量子场多模态的纠缠和光学非经典性
有几种方法可以质疑物理系统状态的具体量子力学特性。首先，人们可能会问它的相干性有多强。量子态相干叠加的存在是物质波干涉现象的起源，因此，这是一个典型的量子特征，对此提出了几种测量和证据（有关最近的综述，请参阅 [1]）。其次，当所研究的系统是二分或多分系统时，其组成部分的纠缠是另一个内在的量子特征。有大量文献探讨了各种测量方法来量化给定状态中包含的纠缠量 [2–14]。最后，对于玻色子量子场的模式，出现了第三种非经典性概念，通常称为光学非经典性。根据格劳伯的观点，光场的相干态（及其混合态）被视为“经典”，因为它们具有正的格劳伯-苏达山 P 函数 [15]。从那时起，多年来人们开发了多种光学非经典性测量方法，以测量与光学经典状态的偏离 [15–41]。光场量子态的这三种不同的、典型的量子属性被认为可作为量子信息或计量学的资源 [38, 39, 42–44]。那么自然而然地就会出现一个问题：这些属性之间有着什么样的定量关系。例如，在 [45] 中，给出了使用非相干操作从具有给定相干度的状态中可以产生多少纠缠的界限：这将相干性与纠缠联系起来。在 [46] 中，状态的相干性和光学非经典性被证明是相互关联的：远对角线密度矩阵元素 ρ ( x, x ′ ) 或 ρ ( p, p ′ ) 的显著值（称为“相干性”）是状态的光学非经典性的见证。我们的目的是建立多模玻色子场的光学非经典性和二分纠缠之间的关系。直观地看，由于所有光学经典态都是可分离的，因此强纠缠态应该是强光学非经典态。相反，仅具有弱光学非经典性的状态不可能高度纠缠。为了使这些陈述精确且定量，我们需要测量纠缠度和光学非经典性。作为评估二分纠缠的自然指标，我们使用形成纠缠 (EoF) [4]。关于光学非经典性，我们使用最近引入的单调性 [38, 39]，我们将其称为总噪声单调性 ( M TN )。它是通过将纯态上定义的所谓总噪声∆x2+∆p2扩展到混合态（通过凸屋顶结构，参见(1)）得到的，对于该值来说，它是光学非经典性的一个完善的量度[38–41]。我们的第一个主要结果（定理 1 和 1'）在于，对于 n = n A + n B 模式的二分系统的任意状态 ρ，EoF(ρ) 关于 M TN (ρ) 的函数有一个上限。特别地，当 n A = n B = n/ 2 时，这个上限意味着包含 m 个纠缠比特的状态必须具有光学非经典性（通过 M TN 测量），并且该光学非经典性随 m 呈指数增长。作为应用，我们表明，当可分离纯态撞击平衡光束分束器时可以产生的最大纠缠度由该状态的光学非经典性的对数所限制，通过 M TN 测量。换句话说，虽然众所周知分束器可以产生纠缠 [28, 47, 48]，但纠缠量受到本态光学非经典性程度的严重限制。定理 1 和 1' 中的界限可以很容易地计算出纯态的界限，因为 EoF 与还原态的冯·诺依曼熵相重合，而 M TN 与总噪声相重合。然而，对于混合态，界限与两个通常难以评估的量有关。我们的第二个主要结果（定理 2）解决了这个问题