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实施量子硬币计划
量子力学是研究自然界中最小事物的学科。在 1927 年的索尔维会议上，29 位杰出的物理学家齐聚一堂，讨论当今量子理论的基础。与会者包括阿尔伯特·爱因斯坦、玛丽·居里、马克斯·普朗克、尼尔斯·玻尔和埃尔温·薛定谔。在他们的帮助下，对量子力学的理解使我们能够开发出许多现代技术，包括 MRI 扫描仪、核能、激光、晶体管和半导体 [1]。多年后的 1980 年，利用量子力学原理进行计算的设想应运而生。Benioff [2] 通过提供图灵机的薛定谔方程描述，证明了计算机可以根据量子力学定律运行。1988 年，Yamamoto 和 Igeta 提出了量子计算机的第一个物理实现，它包括经典门的量子等价物 [3]。1991 年，Artur Ekert 发明了基于纠缠的安全通信 [4]。 1998 年，琼斯和莫斯卡在牛津大学建造了一台可运行的 2 量子比特量子计算机 [5]。这是量子算法的首次实验演示。从那时起，量子设备取得了长足的进步。2007 年，瑞士使用量子技术来保护其投票系统 [6]。在日本，2010 年，使用量子密钥加密技术保护了电视会议 [7]。中国铺设了一条 2000 公里长的光纤
量子
对于广大读者来说，我简要回顾一下这段“量子”之旅可能会有所帮助，因为大众媒体经常给人一种感觉，认为 QST 是突然发生的。我必须消除这种印象或信念。量子力学或量子物理学诞生于一百多年前，目的是解释某些似乎是“异常”的现象，根据当时已经获得非常强大结构的古典物理学定律和原理。从马克斯·普朗克的假设开始，量子物理学背后的基本理论原理大约在 20 世纪前 25 年建立起来，薛定谔、海森堡、马克斯·玻恩、尼尔斯·玻尔、狄拉克、冯·诺依曼、爱因斯坦、我们自己的 S.N. 做出了里程碑式的贡献。玻色、泡利、费米和其他几个人。结果表明，自然界在分子、原子和亚原子尺度上按照量子力学定律和原理运行；在日常宏观尺度上则按照经典力学运行。在原子和亚原子尺度上，物质的行为方式与我们日常经验完全相反，但量子力学的预测已被非常仔细和极其精确的实验证明是正确的。所有这些的顶峰就是粒子物理学的标准模型，它似乎解释了我们迄今为止在原子或亚原子领域观察到的一切。通过大量物理学家的持续和杰出贡献，还确定了单个原子和分子在聚集形成宏观系统（如我们熟悉的各种材料）时显然会失去其“个体量子特征”。
原始发表论文的引文（记录版本）：Nocerino, E., Stuhr, U., San Lorenzo, I. et al (2023). Q 依赖的电子-声子耦合
a 瑞典皇家理工学院，应用物理系，阿尔巴诺瓦大学中心，斯德哥尔摩，SE-114 21，瑞典 b 中子散射和成像实验室，保罗谢勒研究所，CH-5232，Villigen PSI，瑞士 c 纳米科学中心，尼尔斯玻尔研究所，哥本哈根大学，Nørre All e 59，DK-2100，哥本哈根 O，丹麦 d 都灵理工大学应用科学与技术系，Corso Duca Degli Abruzzi 24 10129，都灵，意大利 e 维也纳科技大学固体物理研究所，Wiedner Hauptstraße 8 e 10，1040，维也纳，奥地利 f 瑞典皇家理工学院 PDC 高性能计算中心，SE-100 44，斯德哥尔摩，瑞典 g Nordita，瑞典皇家理工学院和斯德哥尔摩大学，Hannes Alfv ens v € ag 12，SE-106 91，斯德哥尔摩，瑞典 h 东京大学固体物理研究所中子科学实验室，柏，千叶 277-8581，日本 i 东京大学跨尺度量子科学研究所，东京 113-0033，日本 j 高能加速器研究机构材料结构科学研究所，茨城 305-0801，日本 k 牛津大学无机化学实验室，牛津 OX1 3QR，英国 l 印度理工学院物理系，坎普尔 208016，印度 m 塔塔基础研究所 DCMPMS，孟买 400005，印度 n 查尔姆斯理工大学物理系，SE-412，哥德堡，瑞典
阻尼驱动振动系统的量子力学经典极限：量子 - 经典对应
物理学的一个基本问题是阐明经典力学（或牛顿力学）如何从更一般的物理理论，即所谓的相对论量子力学中产生。虽然经典力学作为相对论力学的低速极限出现已为人所知，但量子力学的经典极限仍然是一个微妙的问题。普朗克的 Z → 0 极限[1] 和玻尔的 sn → ∞ 极限[2] 是量子理论经典极限的最早表述。然而，从量子力学早期开始，人们就通过不同的观念和思想对这一极限展开了争论[3-9]。因此，如何将量子理论与经典理论之间的精确对应关系交织在一起的机制尚未完全被理解。Man'ko 和 Man'ko 认为，用简单的 Z → 0 限制来提取经典力学的图景并不具有普遍的适用性[4]。一些物理学家认为量子力学不是单粒子问题而是粒子集合，其 Z → 0 极限不是经典力学而是经典统计力学（见文献 [ 5 ] 及其参考文献）。有关量子力学经典极限的更多不同观点，请特别参阅文献 [ 7 , 8 ]。本研究的目的是建立一种关于阻尼驱动振荡系统量子力学经典极限的理论形式，该理论形式揭示了量子和经典对应关系，除了基本极限 Z → 0 之外，没有任何近似或假设。为了沿着这条路线从量子力学推导出牛顿力学，将使用具有基本哈密顿动力学的正则量子力学。我的理论基于一种不变算子方法 [ 10 – 13 ]，该方法通常用于数学处理量子力学系统。该方法使我们能够推导出以下系统的精确量子力学解
对量子技术文化的教育调查......
Zeki Can Seskir 1*、Simon Richard Goorney 2,3、Maria Luisa Chiofalo 4 1 德国卡尔斯鲁厄理工学院 2 丹麦奥胡斯大学 3 丹麦哥本哈根大学尼尔斯玻尔研究所 4 意大利比萨大学* 通讯作者：zeki.seskir@kit.edu 引用：Seskir, ZC、Goorney, SR 和 Chiofalo, ML (2024)。量子技术“文化”教育：一项关于公众意识概念的调查研究。欧洲 STEM 教育杂志，9(1)，03。https://doi.org/10.20897/ejsteme/14193 出版日期：2024 年 2 月 10 日 摘要 在本文中，我们通过研究教育者可能在量子技术 (QT) 推广活动中包含的概念，为 STEM 教育领域提供概念和实践贡献。我们将我们的方法嵌入学科文化 (DC) 框架中，在该框架中，我们将 QT 的文化细微差别视为教育工作中不容忽视的重要因素。为此，试点项目“量子技术教育全民行动 (QuTE4E)”于 2021 年 12 月至 2022 年 6 月期间进行了一项调查研究，调查了 QT 推广的关键概念。在这里，我们展示了通过 DC 框架分析的研究结果，并考虑了设计 QT 推广活动的意义。这些数据表明，强调量子力学 (QM) 的核心概念具有重要意义，同时也提出了一个问题：QT 是物理学、计算机科学还是其他学科。这要求重新排列某些概念（如量子比特和自旋）的首要地位，以便推广，其中 QM 中的核心概念可能不是 QT 中的核心概念，反之亦然。这项研究的结果为那些有兴趣进一步了解这个快速发展的领域的人提供了宝贵的见解。
量子仪器的不兼容性
测量不相容性捕获了这样一个事实，即并非所有（甚至并非所有成对的）量子测量都能够同时联合测量，它被广泛认为是量子理论最重要的非经典特征之一。不相容性的根源可以在海森堡 [ 1 ] 和玻尔 [ 2 ] 的著作中找到，最典型的例子是无法同时精确测量粒子的位置和动量。不相容性的概念一经认识到，便首先通过精确可观测量的交换关系来刻画，随后推广到具有合适边际的联合测量装置的存在，以涵盖通过正算子值测度（POVM）对量子测量的现代描述（有关简短的历史回顾，请参阅 [ 3 ]）。实际上，许多研究都将 POVM 的不兼容性与贝尔非局域性（因为只有使用不兼容的测量才能违反贝尔不等式）[4、5]、语境性 [6、7、8]、转向 [9]、各种量子信息任务（如状态鉴别 [10、11、12] 和随机存取码 [13、14]）以及一般而言操作理论的非经典性 [15] 联系起来。有关不兼容性的更详细评论，我们鼓励读者参阅 [3、16]。联合可测性的概念是一个操作概念，涉及具有各种类型输入和输出的任何准备、转换或测量设备，因此它不仅限于 POVM。事实上，量子通道（即描述量子系统间变换的装置）的（不）兼容性在 [17] 中被引入，随后在 [18,19,20] 中得到了研究。更一般地说，任何两个系统（经典、量子或混合量子-经典）之间通道的（不）兼容性在 [21] 中得到了考虑。特别是，量子仪器（即装置）的兼容性
能量守恒在原子过程中成立吗？
直到 1924 年，原子过程中能量守恒定律的严格有效性才受到严重质疑。当时，为了解决当时存在的光的波动性和粒子性之间的严重冲突，玻尔、克拉默斯和斯莱特提出了一个否定该定律的理论。该理论（我们将其称为 BKS 理论）假定，原子系统在激发态下会持续发射辐射场，而不是仅在系统跃迁到较低能量状态时才发射。如果辐射频率合适，落在第二个原子上的辐射场会使其有可能跃迁到更高能量状态。该理论认为第二个原子跃迁到更高能量状态和第一个原子跃迁到较低能量状态之间不存在巧合，但除了这个巧合问题之外，它得出的结果与其他辐射理论的结果一致。因此，新理论不保证单个原子过程的能量守恒，但当大量原子过程发生时，它保证了统计守恒。新理论提出后不久，Bothe 和 Geiger 以及 Compton 和 Simons 就用实验检验了其关于电子散射辐射的预测。两种情况下的结果都不利于新理论，并支持能量守恒。此后不久，海森堡和薛定谔发现了新的量子力学，并发展了这种理论，以便在不背离能量守恒的情况下摆脱波与粒子冲突的困境。因此，人们发现 BKS 理论与实验不一致，不再需要理论考虑，因此被抛弃了。R. Shankland 最近的一些实验工作改变了这种情况。Shankland 的实验以十年技术发展带来的更高精确度进行，他的结果与早期实验者的结果不一致。相反，他们不同意能量守恒定律，并要求他们的解释符合 BKS 理论。因此，物理学现在面临着必须做出重大改变的前景。
ph1107.pdf
基础量子力学（BQM）：11. 在量子力学的背景下解释算子、状态、特征值和特征函数这些术语（首先针对双态系统，然后扩展到具有连续特征值的系统），并确定物理量的期望值和不确定性。12. 确定给定势阱（例如无限势阱和屏障）中粒子的波函数，并列举其在技术中的应用示例（例如量子点显示器、存储设备）。13. 使用特征函数的正交性并对叠加中的量子系统进行基本分析。14. 讨论量子现象（例如量子叠加、波函数坍缩、量子隧穿和海森堡不确定性原理），并解释它们与我们对现实的感知的冲突。15. 使用氢原子的量子数：n、l、m 确定相应的特征函数（来自给定的表格）并解决相关的简单问题。课程内容 基础（FND） 波的性质 光速 叠加、衍射和干涉 原子和亚原子粒子 狭义相对论（SR） 参考系和伽利略变换 狭义相对论和洛伦兹变换的假设 长度收缩和时间膨胀 闵可夫斯基时空图 解决悖论 相对论动量、动能和能量 基础核物理（BNP） 放射性粒子（𝛼，𝛽 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑐𝑙𝑒𝑠 𝑎𝑛𝑑 𝛾−𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛） 核裂变和聚变 放射性 质能当量 医学应用和剂量 量子物理（QP） 黑体辐射物理量的量化光电效应康普顿散射和波长对的产生/湮没双缝实验戴维森-杰默实验波粒二象性氢原子（玻尔模型和原子光谱）基础量子力学（BQM）特征值、特征函数和算子两能级系统薛定谔方程和波函数概率（密度）无限和有限势阱（盒子中的粒子）量子谐振子势垒/台阶期望值和不确定性
量子计算及其彻底改变信息处理的潜力
1. 引言 近年来，全球范围内对量子计算机的科学研究和金融投资急剧增加，量子计算机在理论上可以比任何传统计算系统更快地解决特定问题，而传统计算系统无法做到这一点。随着科学技术的进步，人们发明了新的方法来更新当前的技术和计算系统，从而实现技术突破。从 1832 年查尔斯·巴贝奇 (Charles Babbage) 的思想结晶到 1941 年德国工程师康拉德·楚泽 (Konrad Zuse) 发明的第一台可编程计算机，计算机领域多年来取得了显著的进步。虽然现代计算机比早期的计算机速度更快、更紧凑，但它们的根本原理仍然是相同的，即操纵和解释二进制位的编码，将其转化为对人类有用的计算结果。然而，1900 年，尼尔斯·玻尔 (Niels Bohr) 和马克斯·普朗克 (Max Planck) 提出了量子理论，该理论将彻底改变计算世界并催生量子计算。量子计算是一个多学科领域，它利用量子力学原理来解决传统计算机难以处理的问题。量子计算机和传统计算机的主要区别在于它们的基本运行方式——量子计算机利用量子力学原理有效地解决问题，而传统计算机则依靠经典物理学原理来处理信息。量子计算机使用量子比特（经典比特的量子对应物）来运行，并且遵循与使用二进制系统的传统计算机不同的规则集。与仅表示 0 或 1 的传统比特不同，量子比特可以存在于状态叠加中，从而允许并行处理和复杂计算。量子计算机的存在不仅会成倍地加快计算速度，而且还将使我们能够以更高的准确度和精度更好地理解基本量子现象。所有这些都使量子计算机能够彻底改变信息处理，因为它们能够解决传统计算机无法在多项式时间内解决的问题，例如加密、整数分解和优化。
探索量子
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