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量子绝热过程及其与宏观可逆过程的对比研究

作　者: 段乾恒
导　师: 陈平形
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 物理学
关键词: 量子计算量子绝热宏观可逆过程
分类号: O431.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 18次
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内容摘要

量子绝热定理是量子理论中最重要的结论之一,并在理论和实验中有广泛的应用。尤其是近年来,随着其在量子操控、绝热量子计算等领域的应用,量子绝热定理显得更为重要。然而,自从2004年Marzlin对传统量子绝热近似条件提出疑问以来,引起了对传统量子绝热条件的激烈讨论。在理论上,仝殿民证明了传统量子绝热条件是不自洽的,并给出了一个十分严格的量子绝热近似条件。尽管一些人试图证明传统量子绝热条件依然成立,但是2008年,杜江峰在实验上证明了传统量子绝热近似条件既不是量子绝热的充分条件,也不是其必要条件,肯定了Marzlin对传统量子绝热近似条件的怀疑。虽然前人从许多方面对量子绝热近似条件进行了大量的研究,但是在宏观过程与微观过程的对比研究方面却很少。本文就是立足于宏观与微观过程的对比,探索宏观过程的微观特点及特殊微观过程导致的宏观过程特征,为实用性量子绝热条件的提出提供了一些建议。本文首先介绍了量子绝热定理的提出背景,并简要介绍了其证明过程及近几年来量子绝热近似条件的理论研究状况及实验进展。接着介绍了量子绝热定理在量子计算中的应用,指出了量子绝热近似条件在绝热量子计算中的重要作用。在此基础上,通过对前人研究的总结,创造性的提出了研究量子绝热近似条件新的研究方法——由宏观与微观对比,即通过宏观可逆绝热过程与量子绝热过程的对比研究,由宏观可逆绝热过程的条件及力学中绝热过程条件的形式推测量子绝热条件需满足的形式要求。在宏观可逆绝热过程与量子绝热过程对比研究中,本文指出,对近独立粒子系统,所有粒子经历量子绝热过程在宏观上就是可逆的绝热过程、宏观可逆绝热过程在微观上表现为单个粒子的量子绝热过程。

全文目录

摘要  7-8
ABSTRACT  8-9
第一章绪论  9-17
  1.1 热力学第一、第二定律  9-10
  1.2 玻尔兹曼熵  10-11
  1.3 经典物理学的困难  11-14
    1.3.1 黑体辐射  11-12
    1.3.2 光电效应  12-13
    1.3.3 原子的稳定性  13
    1.3.4 原子的线状光谱  13-14
  1.4 量子力学  14-15
    1.4.1 量子观念的提出  14
    1.4.2 玻尔（Bohr）的量子化原子结构  14-15
  1.5 量子绝热假说的提出  15-17
第二章量子绝热研究进展  17-32
  2.1 量子绝热定理  17-20
  2.2 量子绝热近似  20-22
  2.3 量子绝热近似条件的争论  22-29
    2.3.1 量子绝热近似条件遇到的困难  22-25
    2.3.2 其他量子绝热条件的提出  25-29
  2.4 实验检验  29-32
第三章绝热量子计算  32-39
  3.1 量子计算机模型  32-35
    3.1.1 量子图灵机模型  32-33
    3.1.2 量子线路模型  33-35
  3.2 绝热量子计算模型  35-38
    3.2.1 绝热量子计算思想  35
    3.2 2 可满足性问题的绝热量子计算  35-38
  3.3 绝热量子计算的特点  38-39
第四章量子绝热与宏观可逆性的关系  39-49
  4.1 量子绝热过程与宏观可逆绝热过程的关系  39-45
    4.1.1 大量微观粒子经历量子绝热过程的宏观表现  40-41
    4.1.2 宏观可逆绝热过程在微观上的表现  41-45
  4.2 其他宏观可逆热力学过程与量子绝热的关系  45-47
    4.2.1 可逆等温膨胀过程  45-46
    4.2.2 可逆等体积过程  46-47
  4.3 宏观可逆绝热过程对量子绝热近似条件的启发  47-49
第五章总结与展望  49-51
致谢  51-52
参考文献  52-56
作者在学期间取得的学术成果  56

量子绝热过程及其与宏观可逆过程的对比研究

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