量子力学教程曾谨言(量子力学入门指南)

量子力学入门指南

什么是量子力学?

量子力学是物理学中一种描述微观系统的理论,描述物质和能量的基本单位——量子。虽然在经典物理中,物质和电磁场被描述为连续的,可衡量的物理量,但在量子力学中,这些物理量可能存在离散的值。量子力学解释了化学中原子和分子的行为,以及物理学中的基本粒子,如电子和光子之间的相互作用。

我们可以通过量子力学来解释的事情包括:原子和分子结构、介质中的光、超导电性、个体光子中的各种量,等等。这些只是量子力学的示例,Toffoli门式量子计算机也是一个成功的引入,使得量子计算机正在迅速发展。

量子力学的概念可以很抽象和难以理解,因此许多人可能认为它是令人生畏和难以获取的。但如果你想迈向理解这个领域,你可以从重点开始学习。

重点一:波粒二象性以及测量问题

在量子力学中,微观粒子,如光子和电子,有时会表现出波动性质,有时会表现出粒子性质。这种其实和我们的长波与短波电磁波很像,却是两个完全不同的物理现象。

一个微观粒子是否表现为波或粒子的状态,会由测量决定。在测量之前,微观粒子会表现出在相似性中,意味着它既是波又是粒子。只有当它被测量过后,才会表现出其中的一种性质。

这就是量子力学中的著名“测量问题”。对于这个问题的完全理解一直是不确定的,这也是量子力学最迷人和令人兴奋的部分之一。

重点二:线性叠加和量子态

在量子力学中,我们解释一个“量子态”,而不是少量数值的解释。在一个给定的量子系统,可能有无限多个状态,但它们可以类比像在一个大臣的大厅中的一群巨人,而不是像球拍。并且,这个给定的状态,只有在被测量时才现实地存在。

量子态可以表示为向量或波函数。当我们将多个量子系统合并时,它们的状态可以有线性叠加的形式。

这意味着,如果量子系统以某种方式绑定,那么合并状态的可能性是可以描述的。这是量子计算机、加密和其他应用的基础。

重点三:Renyi熵和量子计算

在量子计算中,Renyi熵是量度量子态的熵的一种方法。在经典计算中,我们将“位”(也称为“散度”)称为计算复杂性的一种度量。但在量子计算中,我们需要使用Renyi熵。

要了解Renyi熵的计算方式,需要理解量子态和高维空间的概念,这种概念只存在于量子计算中。在用Renyi熵衡量量子态时,通常使用的是屡次次数。

总之,了解这三个重点,可以让你更了解量子力学,也可以让你迈向学习这个领域的其他方面。虽然这里并没有对量子力学的细枝末节进行讲解,但它确实是量子力学中的一些重要部分。

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