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量子力學的特性范文第1篇

關(guān)鍵詞:量子力學;量子測量;偏振

中圖分類號:O413．1 文獻標識碼:A 文章編號:1000-0712(2016)03-0005-03

量子力學是近代物理學的基礎(chǔ)，并且其應(yīng)用領(lǐng)域已延伸至化學、生物等許多交叉學科當中，這一課程已成為當今大學生物理教學中一個極為重要的組成部分．由于量子力學主要是描述微觀世界結(jié)構(gòu)、運動與變化規(guī)律的學科，微小尺度下的許多自然現(xiàn)象與人們?nèi)粘Ｉ罱?jīng)驗相距甚遠，量子力學的概念有悖于人們的直覺，難以被初學者接受．如果在教學中能夠結(jié)合具體的物理實驗，從現(xiàn)象到本質(zhì)引導學生思考，就可以使抽象的量子概念落實到對具體實驗現(xiàn)象的歸納總結(jié)上來．偏振光實驗是一個現(xiàn)象直觀而且學生容易操作的普通物理實驗，在學生掌握的已有知識基礎(chǔ)上，進行新內(nèi)容的教學，符合初學者的認知規(guī)律．利用光的偏振現(xiàn)象來闡述量子力學基本概念已被一些國內(nèi)外經(jīng)典教材采納，如物理學大師狄拉克所著的《量子力學原理》［1］，費因曼所著的《費因曼物理學講義》［2］，曾謹言教授所著的《量子力學卷1》［3］，趙凱華、羅蔚茵教授合著的《量子物理》［4］等教材．在本文中，筆者結(jié)合自己的教學體驗，著重從可觀測量和測量的角度來考慮問題，在以上經(jīng)典教材的基礎(chǔ)上，進一步整理和挖掘光子偏振所能體現(xiàn)的量子力學基本概念．從量子力學的角度對偏振實驗現(xiàn)象進行分析，使同學們對態(tài)空間、量子力學表象、波函數(shù)統(tǒng)計解釋、態(tài)疊加原理等量子力學概念有一個直觀形象的認識，領(lǐng)會量子力學若干基本假定的內(nèi)涵思想．最后，從量子角度分析了一個有趣的偏振光實驗，加深學生對量子力學基本概念的理解，并展示了量子力學的奇妙特性．

1偏振光實驗的經(jīng)典解釋

如圖1(a)所示，沿著光線傳播的方向，順次擺放兩個偏振片P1、P2．光束經(jīng)過P1后變?yōu)榕c其透振方向一致且光強為I0的偏振光．兩偏振片P1和P2的透振方向之間夾角為θ，由馬呂斯定律可知，透過偏振片P2的光的強度為I0cos2θ．按照經(jīng)典的光學理論，此現(xiàn)象可理解如下:在一個與光傳播方向垂直的平面內(nèi)選定一個xy平面直角坐標系，這里為了描述問題的方便，選定x軸沿P2的透振方向．如圖1(b)所示，透過偏振片P1的光電場矢量E可分解為兩個分量:沿x方向振動的電場矢量Ex和沿y方向振動的電場矢量Ey．偏振光照射到P2偏振片時，投影到y(tǒng)方向的電場矢量被吸收，投影到x方向的電場矢量透過，振幅增加了一個常數(shù)因子cosθ，因而強度變?yōu)樵瓉淼腸os2θ倍，這正是馬呂斯定律所給出的結(jié)果．

2偏振光實驗體現(xiàn)的量子力學概念

下面我們由偏振光的實驗現(xiàn)象出發(fā)，引出量子態(tài)、態(tài)空間等量子概念，并用量子力學的語言來描述單個光子與偏振片發(fā)生相互作用的過程，討論在多個光子情況下的量子行為與馬呂斯定律的一致性．

2．1量子態(tài)

從實驗得知，當線偏振光用于激發(fā)光電子時，激發(fā)出的光電子分布有一個優(yōu)越的方向(與光偏振方向有關(guān))，根據(jù)光電效應(yīng)，每個電子的發(fā)射對應(yīng)吸收一個光子，可見，光的偏振性質(zhì)是與它的粒子性質(zhì)緊密聯(lián)系的，人們必須把線偏振光看成是在同一方向上偏振的許多光子組成，這樣我們可以說單個光子處在某個偏振態(tài)上．沿x方向偏振的光束里，每個光子處在|x〉偏振態(tài)，沿y方向偏振的光束中，每個光子處在|y〉偏振態(tài)．假設(shè)我們在實驗中把光的強度降到足夠低，以至于光子是一個一個到達偏振片的．在圖1所示的例子中，通過P1偏振片的光子處在沿P1透振方向的偏振態(tài)上，如果P2與P1透振方向一致(θ=0)，則此光子完全透過P2，如果P2與P1透振方向正交(θ=π/2)，則被完全吸收．如果P1與P2透振方向之間角度介于兩者之間，會是一種什么樣的情形，會不會有部分光子被吸收，部分光子透過的情況發(fā)生，但是實驗上從來沒有觀察到部分光子的情形，只存在兩種可能的情況:光子變到量子態(tài)|y〉，被整個吸收;或變到量子態(tài)|x〉，完全透過．下面我們用量子力學的語言來描述單個光子與偏振片發(fā)生相互作用的過程，引入量子測量、態(tài)空間、表象、態(tài)疊加原理、波函數(shù)統(tǒng)計解釋等量子概念．

2．2量子測量、態(tài)空間、表象

單個光子與偏振片發(fā)生相互作用的過程，可以看成是一個量子測量的過程，偏振片作為一個測量裝置，迫使光子的偏振態(tài)在透振方向和與其相垂直的方向上作出選擇，測量的結(jié)果只有兩個，透過或被吸收，透過光子的偏振方向與透振方向一致，被吸收光子的偏振方向與透振方向垂直，可見光子經(jīng)過測量后只可能處在兩種偏振狀態(tài)，這正是量子特性的反應(yīng)．在量子力學中，針對一個具體的量子體系，對某一力學量進行測量，測量后得到的值是這一力學量的本征值，我們稱它為本征結(jié)果，相應(yīng)的量子態(tài)坍縮到此本征結(jié)果所對應(yīng)的本征態(tài)上，所有可能的本征態(tài)則構(gòu)成一組正交、規(guī)一、完備的本征函數(shù)系，此本征函數(shù)系足以展開這個量子體系的任何一個量子態(tài)．很自然，我們在這里把經(jīng)過偏振片測量后，所得到的兩種可能測量結(jié)果(透過或吸收)作為本征結(jié)果，它們分別對應(yīng)的兩種偏振狀態(tài)，此兩種偏振狀態(tài)可以作為正交、規(guī)一、完備的函數(shù)系，組成一個完備的態(tài)空間，任何偏振態(tài)都可以按照這兩種偏振態(tài)來展開，展開系數(shù)給出一個具體的表示，這就涉及到量子力學表象問題．在量子力學中，如果要具體描述一個量子態(tài)通常要選擇一個表象，表象的選取依據(jù)某一個力學量(或力學量完備集)的本征值(或各力學量本征值組合)所對應(yīng)的本征函數(shù)系，本征函數(shù)系作為正交、規(guī)一、完備的基矢組可以用來展開任何一個量子態(tài)，展開系數(shù)的排列組合給出某一個量子態(tài)在具體表象中的表示．結(jié)合我們的例子，組成基矢組的兩種偏振狀態(tài)取決于和光子發(fā)生相互作用的偏振片，具體說來是由偏振片的透振方向決定．在具體分析問題時，為了處理問題的方便，光子與哪一個偏振片發(fā)生相互作用，在數(shù)學形式上，就把光子的偏振狀態(tài)按照此偏振片所決定的基矢組展開，這涉及到怎么合理選擇表象的問題．

2．3態(tài)疊加原理、波函數(shù)統(tǒng)計解釋

以上簡單的試驗也可以作為一個形象的例子來說明量子力學中的態(tài)疊加原理．態(tài)疊加原理的一種表述為［5］:設(shè)系統(tǒng)有一組完備集態(tài)函數(shù){φi}，i=1，2，．．．，t，則系統(tǒng)中的任意態(tài)|ψ〉，可以由這組態(tài)函數(shù)線性組合(疊加)而成(1)另一種描述為:如果{φi}，i=1，2，．．．，t是體系可以實現(xiàn)的狀態(tài)(波函數(shù))，則它們的任何線性疊加式總是表示體系可以實現(xiàn)的狀態(tài)．在我們的例子中，任何一個偏振片所對應(yīng)的透振態(tài)和吸收態(tài)構(gòu)成完備集態(tài)函數(shù)，任何一個偏振態(tài)都能夠在以此偏振片透振方向所決定的基矢組中展開，參照圖1所示，通過偏振片P1的偏振態(tài)可以在以偏振片P2透振方向所決定的基矢組{|x〉，［y)}中表示為(2)相反，|x〉、|y〉基矢的任意疊加態(tài)也都是光子可能實現(xiàn)的偏振態(tài)．量子力學還假定，當物理體系處于疊加態(tài)式(1)時，可以認為體系處于φi量子態(tài)的概率為|ci|2．從前面的分析我們知道，當用偏振片P2對偏振態(tài)|P1〉進行測量時，此狀態(tài)隨機地坍縮到|x〉偏振態(tài)或|y〉偏振態(tài)，坍縮到|x〉偏振態(tài)的概率為cos2θ，也就是單個光子透過偏振片的概率，多次統(tǒng)計的結(jié)果恰好與馬呂斯定律相對應(yīng)，這充分體現(xiàn)了波函數(shù)的概率統(tǒng)計解釋．

3典型例子

在教學中我們可以引入一個有趣形象的例子，進一步加深對量子力學基本概念的理解．如圖2(a)所示，一束光入射到兩個順序排列的偏振片上，偏振片P3的透振方向相對于偏振片P1的透振方向順時針轉(zhuǎn)過90°角，我們不妨在一個與光傳播方向垂直的平面內(nèi)選定一個xy平面直角坐標系，P1的透振方向沿x軸，P3的透振方向沿y軸．光通過偏振片P1后變成光強為I0的偏振光，偏振方向與偏振片P1透振方向平行，但與P3的透振方向垂直，則光完全被偏振片P3吸收，不能透過．下面我們將看到一個有趣的現(xiàn)象，在偏振片P1和偏振片P3間插入一個偏振片P2，其透振方向在P1和P3之間，這時光竟可以透過P3偏振片．對此試驗，我們可由馬呂斯定律給出經(jīng)典的解釋．我們不妨設(shè)P2的透振方向相對于P1順時針轉(zhuǎn)過45°角，通過偏振片P1后，變?yōu)楣鈴娛荌0的偏振光，且偏振方向與P1透振方向一致;再通過偏振片P2后，光強變?yōu)镮0/2，偏振方向沿順時針轉(zhuǎn)過45°角，與偏振片P2透振方向一致;最后通過偏振片P3后，光強進一步減弱為I0/4，偏振方向又沿順時針改變45°角，與偏振片P3透振方向一致．可以看到一個有趣的現(xiàn)象，雖然介于偏振片P1和P2間的光束其偏振方向與偏振片P3的透振方向正交，但最后透過偏振片P3的光束其偏振方向卻恰恰沿偏振片P3的透振方向，這正是中間偏振片P2所起的作用．下面用我們前面分析偏振光與偏振片相互作用過程中，所建立起來的量子概念給出具體解釋．取直角坐標系xy，x軸沿偏振片P1的透振方向，基矢組為{|x〉，［y)};由偏振片P2的透振方向所決定的基矢組為{|x'〉，［y')}，其透振方向沿x'方向，如圖3所示，兩組基矢之間的關(guān)系可表示為(3)由偏振片P3所決定的基矢組仍為{|x〉，|y〉}，不過透過的光子處在|y〉基矢態(tài)．光子透過偏振片P1后，其偏振狀態(tài)處在|x〉態(tài)，由式(3)，此狀態(tài)可以按P2的基矢組展開為(4)根據(jù)式(4)，經(jīng)過P2偏振片的測量，光子有1/2的概率坍縮到|x'〉態(tài)，光子透過P2，有1/2的概率坍縮到|y'〉態(tài)，光子被吸收．由式(3)，|x'〉態(tài)在由偏振片P3所決定的基矢組同樣展開為3的測量下，偏振狀態(tài)發(fā)生改變，有1/2的概率坍縮到|y〉態(tài)，透過偏振片，有1/2的概率坍縮到|x〉態(tài)，被偏振片吸收，總體來說透過偏振片P1的光子有1/4的概率透過偏振片P3，與經(jīng)典的馬呂斯定律相一致．特別注意到光子透過偏振片P1后，狀態(tài)為|x〉態(tài)，與|y〉態(tài)正交，沒有|y〉態(tài)的組分，但光子透過偏振片P3后卻正處在|y〉態(tài)，這充分體現(xiàn)了測量可以使量子態(tài)改變的量子假定，展示了量子測量的奇妙特性．

4總結(jié)

結(jié)合對偏振光實驗的量子解釋，我們分析了若干重要的量子力學概念．但嚴格說來，光子的問題不屬于量子力學問題，只有在量子場論中才能處理．采用光子的偏振情形來討論某些量子概念，理論上雖稍欠嚴謹，但如上文所述，確實能夠直觀形象地反映量子力學中的若干基本假定，使抽象的量子力學概念落實到對具體實驗的分析中來，易于被初學者接受，我們不妨在學生開始學習量子力學時引入此例，有助于學生理解抽象的量子概念，領(lǐng)會量子力學的思維方式．

參考文獻:

［1］狄拉克．量子力學原理［M］．北京:科學出版社，1966．

［2］費因曼．費因曼物理學講義［M］．上海:上?？茖W出版社，2005．

［3］曾謹言．量子力學卷1．［M］．北京:科學出版社，2006．

［4］趙凱華，羅蔚茵．量子物理［M］．北京:高等教育出版社，2001．

量子力學的特性范文第2篇

[關(guān)鍵詞]量子計算 量子通信 通信效率 安全通信

中圖分類號：TN918 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）09-0128-01

引言

隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，量子信息學逐漸得到人們的關(guān)注與重視，在近代物理學、計算機科學等領(lǐng)域都有所涉及。通過量子力學的基礎(chǔ)，不斷的發(fā)展與延伸。量子信息學，是量子力學與信息科學相結(jié)合的產(chǎn)物，是以量子力學的態(tài)疊加原理為基礎(chǔ)，研究信息處理的一門新興前沿科學。包括量子密碼術(shù)、量子通信、量子計算機等幾個方面。我們在這里，著重的了解一些量子通信。

一、 量子通信協(xié)議概念

1，量子通信協(xié)議定義

量子通信系統(tǒng)的基本部件包括量子態(tài)發(fā)生器、量子通道和量子測量裝置。按其所傳輸?shù)男畔⑹墙?jīng)典還是量子而分為兩類。前者主要用于量子密鑰的傳輸，后者則可用于量子隱形傳態(tài)和量子糾纏的分發(fā)。其中隱形傳送是指脫離實物的一種“完全”的信息傳送?？梢韵胂螅合忍崛≡锏乃行畔?，然后將這些信息傳送到接收地點，接收者依據(jù)這些信息，選取與構(gòu)成原物完全相同的基本單元，制造出原物完美的復制品。實際上是一種對于通信地保密性的傳輸。是一種在理論上可以保證通信絕對安全的一種通信方式。由于量子力學中的不確定性原理，是不允許精確地提取原物的全部信息，因此長期以來，隱形傳送不過是一種幻想而已。

2，量子通信與光通信的區(qū)別

量子通信與光通信的區(qū)別，在于在通信中用的光的強度是不同的。光通信一般采用是強光，包括無線電、微波、光纜、電纜等具體形式。通過偏振或相位等的調(diào)制方式來實現(xiàn)。量子通信討論的是光子級別的很弱的光，通過對光子態(tài)的調(diào)制，但是主要利用了光子的特性，量子態(tài)不可克隆原理和海森堡不確定性關(guān)系。這也是區(qū)別于光通信的重點。

二、量子通信基本方式

量子通信在量子力學原理的基礎(chǔ)上，通過量子態(tài)編碼和攜帶信息進行加工處理，將信息進行傳遞。只要包括：量子隱形傳態(tài)、量子密鑰分發(fā)等，下面主要介紹這兩個組成部分：

1，量子隱形傳態(tài)

量子隱形傳態(tài)，又稱量子遙傳、量子隱形傳輸。經(jīng)由經(jīng)典通道和EPR 通道傳送未知量子態(tài)。利用分散量子纏結(jié)與一些物理訊息的轉(zhuǎn)換來傳送量子態(tài)至任意距離的位置的技術(shù)。它傳輸是量子態(tài)攜帶的量子信息。想要實現(xiàn)量子隱形傳態(tài)，要求接收方和發(fā)送方擁有一對共享的EPR對，即BELL態(tài)（貝爾態(tài)）。發(fā)送方對他的一半EPR對與發(fā)送的信息所在的粒子進行結(jié)合，而接收方所有的另一半EPR對將在瞬間坍縮為另一狀態(tài)。根據(jù)這條信息，接收方對自己所擁有的另一半EPR對做相應(yīng)幺正變換即可恢復原本信息。到乙地，根據(jù)這些信息，在乙地構(gòu)造出原量子態(tài)的全貌。量子隱形傳態(tài)大致可以這樣描述：準備一對糾纏光子對，一個光子發(fā)送給有原始量子態(tài)（即第三個光子）的甲方，另一個光子發(fā)送給要復制第三光子的量子態(tài)的乙方。甲方讓收到的一個光子與第三光子相互干涉（“再糾纏”），再隨機選取偏振片的方向測量干涉的結(jié)果，將測量方向與結(jié)果通過普通信道告訴乙方；乙方據(jù)此選擇相應(yīng)的測量方向測量他收到的光子，就能使該光子處于第三光子的量子態(tài)。

量子隱形傳態(tài)作為量子通信中最簡單的一種，是實現(xiàn)全球量子通信網(wǎng)絡(luò)的可行性的前提研究。它的存在與應(yīng)用，可以完全的保證用戶的信息安全，通信保密，同時如果出現(xiàn)有人竊聽的現(xiàn)象，將會及時的進行信息的改變，保證內(nèi)容的“獨一無二”。

2，量子密鑰分發(fā)

量子密鑰分發(fā)以量子物理與信息學為基礎(chǔ)，是量子密碼研究方向中不可缺少的重要部分。被認為是安全性最高的加密方式，實現(xiàn)絕對安全的密碼體制。當然這只是理論上的內(nèi)容，在現(xiàn)實生活中還是有一定的差距。只是理論上具有無條件的安全性。1969年提出用量子力學的理論知識進行加密信息處理。到了1984年，第一次提出量子密鑰分發(fā)協(xié)議，即BB84協(xié)議。隨后又提出B92協(xié)議。2007年，中國科學技術(shù)大學院士潘建偉小組在國際上首次實現(xiàn)百公里量級的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)，解決了非理想單光子源帶來的安全漏洞。后又與美國斯坦福大學聯(lián)合開發(fā)了國際上迄今為止最先進的室溫通信波段單光子探測器――基于周期極化鈮酸鋰波導的上轉(zhuǎn)換探測器。解決了現(xiàn)實環(huán)境中單光子探測系統(tǒng)易被黑客攻擊的安全隱患。保證了非理想光源系統(tǒng)的安全性。生成量子密鑰大致為：準備一批糾纏光子對，一個光子發(fā)送給發(fā)信方，另一個光子發(fā)送給收信方。測量光子極化方向的偏振片的方位約定好兩種。兩人每次測量一個光子時選擇的方向都是隨機的，但要記錄下每次選擇的方向，當然也要記錄下每次測量的結(jié)果，有光子通過偏振片就記1，無光子通過則記0。通過普通信道兩人交換測量方向的記錄，那些測量方向不一致的測量結(jié)果的記錄都舍去不要，剩下的那些測量方向相同所對應(yīng)的測量結(jié)果，兩人應(yīng)一致，這一致的記錄就可作為兩人共同的密鑰。

總結(jié)

經(jīng)典通信較光量子通信相比，量子通信具有傳統(tǒng)通信方式所不具備的絕對安全特性。具有保密性強、大容量、遠距離傳輸?shù)忍攸c。量子通信不僅在軍事、國防等領(lǐng)域具有重要的作用，而且會極大地促進國民經(jīng)濟的發(fā)展。逐漸走進人們的日常生活。為了讓量子通信從理論走到現(xiàn)實，從上世紀90年代開始，國內(nèi)外科學家做了大量的研究工作。自1993年美國IBM的研究人員提出量子通信理論以來，美國國家科學基金會和國防高級研究計劃局都對此項目進行了深入的研究，歐盟在1999年集中國際力量致力于量子通信的研究，研究項目多達12個，日本郵政省把量子通信作為21世紀的戰(zhàn)略項目。我國從上世紀80年代開始從事量子光學領(lǐng)域的研究，近幾年來，中國科學技術(shù)大學的量子研究小組在量子通信方面取得了突出的成績。

參考文獻

[1]莫玲 - 基于專利分析的歐盟量子通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀研究《淮北師范大學學報：自然科學版》 - 2015.

[2]徐兵杰，劉文林，毛鈞慶，量子通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的問題研究《通信技術(shù)》 - 2014.

[3]胡廣軍，王建 -量子通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢研究 《中國新通信》 - 2014.

[4]肖玲玲，金成城 - 基于專利分析的量子通信技術(shù)發(fā)展研究《全球科技經(jīng)濟t望》 - 2015.

[5]宋斌 - 空間量子通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀《移動信息》 - 2015.

量子力學的特性范文第3篇

多年以前，高科技最牛的美國就已不把電子計算機列為高科技產(chǎn)品了。

但巨高性能計算機仍是信息時代的高科技標志物件之一。2012年諾貝爾物理學獎發(fā)給了法國人塞爾日·阿羅什和美國人大衛(wèi)·維恩蘭德，這兩位科學家的研究成果為新一代超級量子計算機的誕生提供了可能性。

惡搞一下：法國人浪漫，而簡稱美國人為美人，那么，浪漫人美人=？

文藝范兒的信息

不往濫俗里想，那么，答案就是很文藝化的表達了。其實，“信息”最初是相當文藝范兒的，而不是20世紀中期才開始熱門起來的科技詞匯。

一般認為，中文的“信息”一詞出自南唐詩人李中《暮春懷故人》：“夢斷美人沉信息，目穿長路倚樓臺?！薄?“美眉音信消息全無啊，夢里也夢不到你，我獨自上樓倚欄，望眼欲穿望到長路盡頭也不見你?！边@么拙劣地意譯，也讓人感覺到深深的思念。

其實，在李中之前一百多年，與李商隱齊名的唐朝大詩人杜牧《寄遠》里就有“信息”了：“塞外音書無信息，道旁車馬起塵埃?！边€有比小杜更早的，唐朝詩人崔備的《清溪路中寄諸公》：“別來無信息，可謂井瓶沉?！?/p>

宋朝的婉約派大詞人柳永、李清照也用過“信息”這個詞。因金兵入侵而流離失所的李清照思念當年安樂的故鄉(xiāng)，心理上把信息的價格定成了真正的天價：“不乞隋珠與和璧，只乞鄉(xiāng)關(guān)新信息?！薄昵暗奶扑沃袊?，其高科技雖是世界第一，但信息技術(shù)還是跟現(xiàn)在沒法比的，要靠驛馬、鴻雁甚至人步行來傳遞信息，速度慢而效率低，信息珍貴啊。

在地球的西方呢？雖然香農(nóng)1948年就劃時代地把信息引為數(shù)學研究的對象，賦予其新的科學的涵義；至1956年，“人工智能”術(shù)語也出現(xiàn)了。可最早討論數(shù)據(jù)、信息、知識與智慧之間關(guān)系的，卻是得過諾貝爾文學獎的大詩人艾略特（T. S. Eliot；錢鐘書故意譯為“愛利惡德”）。他在1934年的詩歌“The Rock”中寫道：

Where is the Life we have lost in living？

Where is the wisdom we have lost in knowledge？

Where is the knowledge we have lost in information？

Where is the information we have lost in data？

我們迷失于生活中的生命在哪里？

我們迷失于知識中的智慧在哪里？

我們迷失于信息中的知識在哪里？

我們迷失于數(shù)據(jù)中的信息在哪里？

盡管第四句是好事者后加的，但詩人還是直指本質(zhì)地提出了信息暴炸時代最困擾人的難題：如何不讓我們的生命和智慧都迷失在數(shù)據(jù)中？

量子計算機和量子信息技術(shù)，提供了一種讓生命和智慧不要淹沒在數(shù)據(jù)的海洋中的途徑、工具和可能。

量子與量子計算機

量子理論是現(xiàn)代物理學的兩大基石之一，為從微觀理解宏觀提供了理論基礎(chǔ)?？陀^世界有物質(zhì)、能量兩種存在形式，物質(zhì)和能量可以互相轉(zhuǎn)換（見愛因斯坦的質(zhì)能方程），量子理論就是從研究極度微觀領(lǐng)域物質(zhì)的能量入手而建立起來的。

我們知道，微觀世界中有許多不同于宏觀世界的現(xiàn)象和規(guī)則。經(jīng)典物理學理論中的能量是連續(xù)變化的，可取任意值，但科學家們發(fā)現(xiàn)微觀世界中的很多物理現(xiàn)象無法解釋。1900年12月14日，普朗克在解釋“黑體輻射”時提出：像原子是一切物質(zhì)的構(gòu)成單元一樣，“能量子（量子）”是能量的最小單元，原子吸收或發(fā)射能量是一份一份地進行的。這是量子物理理論的誕生。

1905年，愛因斯坦把量子概念引進光的傳播過程，提出“光量子（光子）”的概念，并提出光的“波粒二象性”。1920年代，德布羅意提出“物質(zhì)波”概念，即一切物質(zhì)粒子均有波粒二象性，海森堡等建立了量子矩陣力學，薛定諤建立了量子波動力學，量子理論進入了量子力學階段。1928年，狄拉克完成了矩陣力學和波動力學之間的數(shù)學轉(zhuǎn)換，對量子力學理論進行了系統(tǒng)的總結(jié)，成功地將相對論和量子力學兩大理論體系結(jié)合起來，使量子理論進入量子場論階段。

“量子”詞源拉丁語quantum，意為“某數(shù)量的某事物”?，F(xiàn)代物理學中，某些物理量的變化是以最小的單位跳躍式進行的，而不是連續(xù)的，這個最小的基本單位叫做量子；或者說，一個物理量如果有不可連續(xù)分割的最小的基本單位，則這個物理量（所有的有形性質(zhì)）是“可量子化的”，或者說其物理量的數(shù)值會是特定的數(shù)值而非任意值。例如，在（休息狀態(tài)）的原子中，電子的能量是可量子化的，這能決定原子的穩(wěn)定和一般問題。

雖然量子理論與我們?nèi)粘＝?jīng)驗感覺的世界大不一樣，但量子力學已經(jīng)在真實世界應(yīng)用。激光器工作的原理，實際上就是激發(fā)一個特定量子散發(fā)能量。現(xiàn)代社會要處理大量數(shù)據(jù)和信息，需要計算的機器（計算機）。量子力學的突破，使瓦格納等于1930年發(fā)現(xiàn)半導體同時有導體和絕緣體的性質(zhì)，后來才有了用于電子計算機的同時作為電子信號放大器和轉(zhuǎn)換器的晶體管，再有了集成電路芯片，今天的一個尖端芯片可集聚數(shù)十億個微處理器。

隨著計算機科技的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)能耗導致發(fā)熱而影響芯片集成度，限制了計算速度；能耗源于計算過程中的不可逆操作，但計算機都可找到對應(yīng)的可逆計算機且不影響運算能力。既然都能改為可逆操作，在量子力學中則可用一個幺正變換來表示。1969年，威斯納提出“基于量子力學的計算設(shè)備”，豪勒夫等于1970年代論述了“基于量子力學的信息處理”。1980年代量子計算機的理論變得很熱鬧。費曼發(fā)現(xiàn)模擬量子現(xiàn)象時，數(shù)據(jù)量大至無法用電子計算機計算，在1982年提出用量子系統(tǒng)實現(xiàn)通用計算以減少運算時間；杜斯于1985年提出量子圖靈機模型。1994年，數(shù)學家彼得·秀爾提出量子質(zhì)因子分解算法，因其可破解現(xiàn)行銀行和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的加密，許多人開始研究實際的量子計算機。

在物理上，傳統(tǒng)的電子計算機可以被描述為對輸入信號串行按一定算法進行變換的機器，其算法由機器內(nèi)部半導體集成邏輯電路來實現(xiàn)，其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是傳統(tǒng)信號（輸入態(tài)和輸出態(tài)都是某一力學量的本征態(tài)），存儲數(shù)據(jù)的每個單元（比特bit）要么是“0”要么是“1”，即在某一時間僅能存儲4個二進制數(shù)（00、01、10、11）中的一個。而量子計算機靠控制原子或小分子的狀態(tài)，用量子算法運算數(shù)據(jù)，輸入態(tài)和輸出態(tài)為一般的疊加態(tài)，其相互之間通常不正交，其中的變換為所有可能的幺正變換；因為量子態(tài)有疊加性（重疊）和相干性（牽連、糾纏）兩個本質(zhì)特性，量子比特（量子位qubit）可是“0”或“1”或兩個“0”或兩個“1”，即可同時存儲4個二進制數(shù)（00、01、10、11），實現(xiàn)量子并行計算（量子計算機對每一個疊加分量實現(xiàn)的變換相當于一種傳統(tǒng)計算，所有傳統(tǒng)計算同時完成，并按一定的概率振幅疊加，給出量子計算機的輸出結(jié)果），從而呈指數(shù)級地提高了運算能力——一臺未來的量子計算機3分鐘就能搞定當今世界上所有電子計算機合起來100萬年才能處理完的數(shù)據(jù)。用量子力學語言說，傳統(tǒng)計算機是沒有用到量子力學中重疊和牽連特性的一種特殊的量子計算機。從理論上講，一個250量子比特（由250個原子構(gòu)成）的存儲器，可能存儲2的250次方個二進制數(shù)，比人類已知宇宙中的全部原子數(shù)還多。而且，集成芯片制造業(yè)很快將步入16納米的工藝，而量子效應(yīng)將嚴重影響芯片的設(shè)計和生產(chǎn)，又因傳統(tǒng)技術(shù)的物理局限性，硅芯片已到盡頭，突破的希望在于量子計算。

量子世界的死貓活貓與粒子控制

喜好科技的文藝青年可能看過美劇《生活大爆炸》，其中有那只著名的“薛定諤貓”：一只被關(guān)在黑箱里的貓，箱里有毒藥瓶，瓶上有錘子，錘子由電子開關(guān)控制，電子開關(guān)由一個獨立的放射性原子控制；若原子核衰變放出粒子觸動開關(guān)，錘落砸瓶放毒，則貓死。薛定諤構(gòu)想的這個實驗，被引為解釋量子世界的經(jīng)典。而量子理論認為，單個原子的狀態(tài)其實不是非此即彼，或說箱里的原子既衰變又沒有衰變，表現(xiàn)為一種概率；對應(yīng)到貓，則是既死又活。若我們不揭開蓋子觀察，永遠也不知道貓的死活，它永遠處于非死非活的疊加態(tài)。

宏觀態(tài)的確定性，其實是億萬微觀粒子、無數(shù)種概率的宏觀統(tǒng)計結(jié)果。微觀粒子通常表現(xiàn)為兩種截然不同的狀態(tài)糾纏一起，一旦用宏觀方法觀察這種量子態(tài)，只要稍一揭開箱蓋，疊加態(tài)立即就塌縮了（擾破壞掉），薛定諤貓就突然由量子的又死又活疊加態(tài)變成宏觀的確定態(tài)。用實驗研究量子，首先要捕獲單個的量子。即若不分離出單個粒子，則粒子神秘的量子性質(zhì)便會消失。科學家們長期以來頭疼的是，未找到既不破壞量子態(tài)，又能實際觀測它的實驗方法，他們只能在頭腦中進行思想實驗，而無法實際驗證其預言。

而阿羅什和維恩蘭德的研究，發(fā)明了在保持個體粒子的量子力學屬性的情況下對其進行觀測和操控的方法，則可實證地說出薛定諤貓究竟是死貓還是活貓，而且為研制超級量子計算機帶來了更大可能，因為量子計算機中最基礎(chǔ)的部分——得到1個量子比特已獲成功。

光子和原子是量子世界中的兩種基本粒子，光子形成可見光或其他電磁波，原子構(gòu)成物質(zhì)。他們研究光與物質(zhì)間的基本相互作用，方法大同小異：維因蘭德利用光或光子來捕捉、控制以及測量帶電原子或者離子。他平行放置兩面極精巧的鏡子，鏡間是真空空腔，溫度接近絕對零度（約-273℃）。一個光子進入空腔后，在兩鏡面間不斷反射。阿羅什則通過發(fā)射原子穿過阱，控制并測量了捕獲的光子或粒子。他用一系列電極營造出一個電場囚籠，粒子像是被裝進碗里的玻璃球；然后用激光冷卻粒子，最終有一個最冷的粒子停在了碗底。阿羅什在捕獲單個光子后，引入了特殊的里德伯原子，作為觀測工具，從而得到光子的數(shù)據(jù)。維因蘭德向碗中發(fā)射激光，通過觀測光譜線而得到碗底粒子的數(shù)據(jù)。

2007年以來，加拿大、美國、德國和中國的科學家都說自己研制出了某種級別的量子計算機，但到今天卻仍無一個投入實用。光鐘更接近現(xiàn)實，因為可操控單個量子，就能按意愿調(diào)控量子的振蕩（相當于鐘擺）頻率，越高越精；目前實驗的光鐘，若從宇宙產(chǎn)生起開始計時，至今只誤差5秒。光鐘可使衛(wèi)星定位和計算太空船的位置更精確……

神話般的量子信息技術(shù)

科幻作家克萊頓（著有《侏羅紀公園》、《失去的世界》等）在科幻小說《時間線》中，曾文藝化地描述量子計算，用了“量子多宇宙”、“量子泡沫蟲洞”、“量子運輸”、“量子糾纏態(tài)”、“電子的32個量子態(tài)”等讓常人倍感高深的說法。其中一些如今正在證實或變現(xiàn)。

如果清朝政府的通信密碼不被日本破譯，那么李鴻章后去日本談判時就很可能是另外一種結(jié)局，今天也不會有的問題了。目前世界的密碼系統(tǒng)大都采用單項數(shù)學函數(shù)的方式，應(yīng)用了因數(shù)分解等數(shù)學原理，例如目前網(wǎng)絡(luò)上常用的密碼算法。秀爾提出的量子算法利用量子計算的并行性，能輕松破解以大數(shù)因式分解算法為根基的密碼體系。量子算法中，量子搜尋算法等也能分分鐘攻破現(xiàn)有密碼體系。可說量子這種技術(shù)在現(xiàn)代軍事上的意義不亞于核彈。但同時，量子信息技術(shù)也將發(fā)展出一種理論上永遠無法破譯的密碼——量子密碼。

保密通信分為加密、接收、解密三個過程，密鑰的保密和不被破解至為關(guān)鍵。量子密碼采用量子態(tài)作為密鑰，是不可復制的，至少在理論上是無破譯的可能。量子通信是用量子態(tài)的微觀粒子攜帶的量子信息作為加密和解密用的密鑰，其密鑰安全性不再由數(shù)學計算，而是由微觀粒子所遵循的物理規(guī)律來保證，竊密者只有突破物理法則才有可能盜取密鑰（根據(jù)海森堡的測不準原理，任何測量都無法窮盡量子的所有信息）。而且量子通信中，量子糾纏態(tài)（有共同來源的兩個粒子存在著糾纏關(guān)系，似有“心靈感應(yīng)”，無論距離多遠，一個粒子的狀態(tài)發(fā)生變化，另一個粒子也發(fā)生變化，速度遠遠超過光速，一旦受擾即不再糾纏。愛因斯坦稱這種發(fā)生機理至今未解的量子糾纏為“幽靈般的超距作用”）被用于傳輸和保證信息安全，使任何竊密行為都會擾亂傳送密鑰的量子狀態(tài)，從而留下痕跡。

量子力學的特性范文第4篇

【關(guān)鍵詞】課程體系 教學內(nèi)容 優(yōu)化研究

【中圖分類號】O43；O56 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2012）08-0181-02

光學與原子物理學是物理類專業(yè)的重要的基礎(chǔ)課，其前與力學、電磁學、熱學課程相銜接，其后承載著理論物理以及專業(yè)方向課程。由于這兩門課程在課程設(shè)置中具體的位置，再考慮課程本身的學術(shù)特色，這兩門課程的教學對學生創(chuàng)新能力和理論應(yīng)用能力的培養(yǎng)有其特殊的作用。工科院校有注重實踐、技術(shù)培養(yǎng)的傳統(tǒng)及其較完備的設(shè)施，客觀上為這兩門課程的能力培養(yǎng)提供了條件。我們要充分認識工科院校的這種客觀優(yōu)勢和課程的學術(shù)特色，優(yōu)化課程體系和教學內(nèi)容，將課程的學術(shù)特色、學校的客觀優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為能力培養(yǎng)的特色和優(yōu)勢。

一、光學的課程體系及教學內(nèi)容的設(shè)計

光學既是一門重要的基礎(chǔ)性學科，又是一門應(yīng)用性十分活躍、交叉滲透極其廣泛的物理課程?！霸陂L期的發(fā)展過程中，光學形成了一套行之有效的特殊方法和儀器設(shè)備”【1】，即數(shù)理解析與幾何圖形相結(jié)合的理論研究方法、精密測量的設(shè)計與應(yīng)用特征。光學的這種學術(shù)特色對學生素質(zhì)能力的培養(yǎng)有其獨到之處。因此，通過對光學課程體系和教學內(nèi)容的優(yōu)化，突出課程的理論研究方法及其實踐性、滲透性【2】，有利于培養(yǎng)學生的交叉綜合性分析能力和依據(jù)理論的實驗設(shè)計、精密檢測能力，提高學生的創(chuàng)新性思維意識。

1.課程體系的架構(gòu)

以折射率和位相為核心概念，以費馬原理和惠更斯-菲涅爾原理為基本原理，按照幾何光學、波動光學和量子光學的順序，研究光的傳播特性（波動性）及其粒子性，展示其數(shù)理解析與幾何圖像相結(jié)合的理論研究方法，突出課程在工程技術(shù)中的應(yīng)用以及與現(xiàn)代光學的滲透【1，3】。

體系框圖：

2.教學內(nèi)容的組織思路

以體現(xiàn)課程體系為原則，按48課時選取并組織、安排教學內(nèi)容思路如下【1，2】。

第一章 緒論：突出光學與其他學科的交叉滲透與應(yīng)用。（2學時）

第二章 幾何光學：以費馬原理為基礎(chǔ)，以常見的光學儀器（單球面、薄透鏡、放大鏡等）成像為載體，展示數(shù)理解析與幾何圖像相結(jié)合的研究方法、突出光學儀器的設(shè)計思。（10學時）

第三章 光的干涉：以波的相干疊加為理論基礎(chǔ)，以等傾和等厚干涉為載體，展示數(shù)理解析與幾何圖像相結(jié)合的研究方法、突出相干理論在精密測量技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。（12學時）

第四章 光的衍射：以惠更斯-菲涅爾原理為基礎(chǔ)，以菲涅爾衍射、夫瑯和費衍射、光柵衍射為載體，展示數(shù)理解析與幾何圖像相結(jié)合的研究方法、突出其分光特性在現(xiàn)代科學技術(shù)中的應(yīng)用。（10學時）

第五章 光的偏振：以光的偏振理論為基礎(chǔ)，以偏振器件為載體，展示數(shù)理解析與幾何圖像相結(jié)合的研究方法、注重向磁至旋光及磁光盤滲透。（10學時）

第六章 量子光學：以光的量子論為基礎(chǔ)，以光的輻射和激光為載體，注重向量子光學以及非線性光學滲透。（4學時） 二、原子物理學的課程體系和教學內(nèi)容的設(shè)計

原子物理學是用近似的、不完整的量子力學理論和方法研究原子的運動及其構(gòu)成的課程。其學術(shù)特色是完全以實驗（觀察）事實為依據(jù)建立或選取理論模型，對問題做出恰當?shù)慕忉尅Ｔ撜n程研究對象抽象，理論的系統(tǒng)性、完整性不強。但原子物理學是基礎(chǔ)物理課程中蘊含了創(chuàng)新性思維最多的課程，其研究手段和方法為其它相關(guān)領(lǐng)域所通用【4】。因此，通過原子物理課程的教學，主要是培養(yǎng)學生依據(jù)研究客體進行理論建模的能力，提高學生創(chuàng)新理論框架、簡化理論處理、取舍運算結(jié)果的意識和水平。

1.課程體系的架構(gòu)

以光譜和德布羅意波為核心概念，采用近似的量子力學方法（經(jīng)典理論+量子力學）研究原子（氫原子、堿金屬、多電子原子、外場中的原子）與原子核的結(jié)構(gòu)及其運動規(guī)律，展示課程的理論創(chuàng)新特色以及在現(xiàn)代科學技術(shù)、工程實踐中的多層次應(yīng)用。

體系框圖：

2.教學內(nèi)容的組織思路

以體現(xiàn)課程體系為原則，按48課時選取并組織教學內(nèi)容，思路如下。

序論：突出課程特點與學習中應(yīng)注意的問題。（2學時）

第一章 原子的結(jié)構(gòu)：以α粒子散射實驗和原子核式結(jié)構(gòu)為載體，突出盧瑟福散射技術(shù)在材料分析中的應(yīng)用。（5學時）

第二章 量子力學基礎(chǔ)：以三個實驗為基礎(chǔ)，依托量子力學的基本原理，突出理論創(chuàng)新的特色、思路和方法。（8學時）

第三章 氫原子：以半經(jīng)典半量子論為理論基礎(chǔ)，以氫原子為載體，突出理論建模以及光譜分析在科學研究、工程實踐中的應(yīng)用。（8學時）

第四章 堿金屬原子：以電子的軌道貫穿、極化理論為基礎(chǔ)，以堿金屬原子為載體，展示理論修正方法以及光譜分析在科學研究和精密檢測中的應(yīng)用。（8學時）

第五章 多電子原子：以泡利不相容原理及Hunt定則為理論基礎(chǔ)，以多電子原子為載體，突出量子規(guī)律以及光譜分析在科學研究中的應(yīng)用。（6學時）

第六章 外場中的原子：以磁場和原子的相互作用為基礎(chǔ)，以Zeeman效應(yīng)為載體，展示磁效應(yīng)在材料磁性，磁共振技術(shù)中的應(yīng)用。（5學時）

第七章 原子核物理學：以核結(jié)合能為基礎(chǔ)，以核裂變和聚變?yōu)檩d體，突出原子能、核技術(shù)的利用以及放射線的探測、防護。（6學時）

參考文獻：

[1]趙凱華.新概念物理教程——光學[M].北京：高等教育出版社，2004：6

[2]吳壽煜，吳大煒.試論21世紀物理專業(yè)《光學》之教學改革[J].黑龍江高教研究，2004（6）：101-103

量子力學的特性范文第5篇

關(guān)鍵詞 電子理論；密度泛函理論；材料科學

中圖分類號 TU5 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）161-0184-02

近幾年，密度泛函理論與分子動力學相結(jié)合，在材料設(shè)計、合成、計算等諸多方面有明顯進展，成為計算材科學的重要基礎(chǔ)和核心技術(shù)。其他量子力學多體問題往往會具有一些“硬傷”，在計算的效率上，計算結(jié)果的精確度上，甚至于計算的方法上都難以達到一定的高度，隨著密度泛函理論的出現(xiàn)，使量子力學的研究又提升到另一個層次，與其他解決量子力學多提問題的方法相比，采用密度泛函理論所進行的研究能夠給出讓人滿意的結(jié)果，尤其使數(shù)據(jù)的精確，更能夠應(yīng)用到其他領(lǐng)域的研究中，例如化學、數(shù)學等，甚至應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和人們的生活中。

1 電子理論概述――以密度泛函理論為例

近年來隨著物理學的快速發(fā)展，人類在探索與發(fā)現(xiàn)量子力學和微觀事物本質(zhì)問題上的研究成果越來越多，現(xiàn)今科學學科的分支確定更加細致化，僅就材料物理學科來說，建立了計算機材料分支學科。物理材料的基本性質(zhì)多數(shù)會受到電力結(jié)構(gòu)的影響，故而研究電子理論也必須借助于量子力學。發(fā)展電力理論為研究材料科學奠定了堅實基礎(chǔ)，同時也給材料科學的研究提供了有利的預測依據(jù)，能在一定程度上提高材料科學的發(fā)展速度，因此在材料物理科學中論述電力理論的意義和可行性是十分明顯的。

電子理論是一種傳統(tǒng)理論的統(tǒng)稱，但實際上電子理論中包含很多小的概念和理論，不同的理論也有不同的表述方式，密度泛函理論是較早的一種量子理論，他是以Thomas-Fermi的理論為基礎(chǔ)，產(chǎn)生于1960年到1970年。對于密度泛函理論來說，它與傳統(tǒng)的量子理論的不同在于對基本物理性質(zhì)的描述方法，也是一種基準。前者是將粒子密度作為基本物理量，而后者則將研究重點放在粒子密度上，使得二者有很大的不同。

密度泛函理論并不是一成不變的，而是隨著科學研究的愈加深入而逐步發(fā)展的。從基本理論到現(xiàn)在的非局域泛函，不斷有新的理論來擴充這一理論所涵蓋的范圍，同時，這些理論互相彌補，也使得計算結(jié)果越來越精確和有效?？梢哉f，這一理論是一種活的理論，它不但在本身領(lǐng)域不斷深入發(fā)展，還與其他理論相互聯(lián)系，活躍前進。

我們所稱的密度泛函理論具有很強的特點，主要在于需要通過計算機的運算來進行，運行的計算機中需要裝載相聯(lián)系的軟件。在市面上我們可以看到許多有關(guān)軟件，上面我們說到，不同的密度泛函理論所計算出的結(jié)果也不盡相同，主要差別在于數(shù)據(jù)的精確性，中間的差別在一定程度上與所使用的軟件有關(guān)。這一理論由于它的應(yīng)用性廣泛，被用于多個領(lǐng)域的計算中，但也存在其本身的問題。但是，總體來說，密度泛函理論是一種相對較成熟的理論體系，今后其發(fā)展也將會更加多樣。

2 密度泛函理論在材料科學中的應(yīng)用

如上所述，密度泛函理論在應(yīng)用中已經(jīng)得到了廣泛的實踐。“近幾年來DFT同分子動力學方法相結(jié)合，在材料設(shè)計、合成、模擬計算和評價諸多方面有明顯的進展，成為計算材料科學的重要基礎(chǔ)和核心技術(shù)”。

2.1 電性材料科學中的應(yīng)用

在電能與熱能之間的轉(zhuǎn)換的領(lǐng)域上，各國的研究者都在深入進行研究，試圖找到一種新的電子特征。有的科學家利用密度泛函理論研究出某種材料的導電性能與金屬相比的優(yōu)劣；有些科學家利用密度泛函理論框架中的小的理論，研究了電子、磁及其相互作用的問題，“結(jié)果表明，體系的性質(zhì)隨原子位上庫侖相互作用參數(shù)U的改變而顯著變化”。有的科學家運用密度泛函理論，將增強的表面超導和圖像翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象進行了計算和預判。

2.2 磁性材料科學中的應(yīng)用

磁性材料科學是起源很早的一門科學，我們都知道，鐵是最早被發(fā)現(xiàn)具有磁性的物質(zhì)，千百年來，人們對磁性科學的態(tài)度從神秘到了解，現(xiàn)在已經(jīng)通過多種方法在研究。有些科學家通過密度泛函理論獲得了FeN的結(jié)構(gòu)、結(jié)合能和磁矩，并且研究出團簇的尺寸的不同對原子的磁矩沒有必然的影響，反而原子會在某一范圍內(nèi)變化。

2.3 光學材料上的應(yīng)用

光學材料一般是指傳輸光的介質(zhì)材料，有些科學家利用密度泛函理論研究而得出：“在有機多層光電子發(fā)射二極管、光族材料和高密度光數(shù)據(jù)貯存材料上有潛在應(yīng)用?！?/p>

2.4 在納米材料上的應(yīng)用

納米材料是指物質(zhì)的3個緯度中至少有一個緯度的量級是納米。納米材料自被發(fā)現(xiàn)以來，逐步廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)、生活中，我們生活中所常見的納米防爆膜、納米微針等，現(xiàn)在在信息產(chǎn)業(yè)、能源產(chǎn)業(yè)、環(huán)境產(chǎn)業(yè)等都有廣泛的應(yīng)用，同時科學界對納米的研究還在更加深入和精確。一些科學家利用密度泛函理論，研究出某些物質(zhì)能夠吸收紅外，并且這種吸收能力極強。

3 結(jié)論

經(jīng)典的電子理論認為，正離子所形成的電場是均勻的，而自由電子由于是運動的而不具有這種特性，自由電子和正離子相互碰撞不能形成新的物質(zhì)，而僅僅是作為一種機械運動。正因為自由電子的不規(guī)律運動，所以沒有顯性的表現(xiàn)形式，但一旦給自由電子一個外在的力，例如磁場，自由電子就會有規(guī)律有方向地進行移動，從而形成電流。本文所討論的密度泛函理論，是在電子理論中具有重要地位的一種理論，盡管它現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于化學計算中，但是電子理論是包含多種其他理論，因此密度泛函理論更需要其他理論作為依據(jù)和支撐，其本身也能夠為其他理論研究提供理論支持，因此，無論是主要利用該理論或者是借鑒密度泛函理論的原理或計算方法，做出的研究也漸漸投入到實踐中，從而真正有益于人類。

參考文獻

[1]Hasnip Philip J，Refson Keith，Probert Matt I J，Yates Jonathan R，Clark Stewart J，Pickard Chris J. Density functional theory in the solid state.[J]. Philosophical transactions. Series A， Mathematical， physical， and engineering sciences，2014，3722011：.