浅谈量子力学的前沿进展

量子力学论文

题目：浅谈量子力学的前沿进展

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时间：2014年7月1日

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浅谈量子力学的前沿进展

摘要：量子力学是在19世纪末发展起来的一门新科学,而且它还一直处于不断地发展中,在自然科学中具有重要作用。量子力学的规律已成功地运用于各个领域,物理、材料、化学、生命、信息和制药等,量子力学与我们的生活密切相关。量子力学是研究微观粒子的运动规律，主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论。量子力学诞生至今一百年。经过一百年的发展，它由原子层次的动力学理论，已经向物理学和其他学科以及高新技术延伸。而事实上，它已超出物理学围；它不仅是现代物质科学的主心骨，又是现代科技文明建设的主要理论基础之一。本文将对量子力学目前的发展、应用以及前沿进展做出阐述。

关键词：量子力学；发展；前沿

Abstract

Quantum Mechanics was a new subject that was formulated at the end of the 19th century and is still under development. It plays a key role in natural sciences. The theory of Quantum Mechanics is applied to a variety of areas, such as physics, materials, chemistry, life science, informatics and pharmacy and is closely related to our daily life. Quantum Mechanics is a basic theory that studies the motion law of microscopic particles and studies mainly atoms, molecules, condensed matter, and the structure and nature of atomic nucleus and fundamental particles. It has been one hundred years up to now when Quantum Mechanics was founded. It extended from kinetic theory at atomic level to Physics and other subjects and high-tech within one hundred years of development. As a matter of fact, it has beyond the scope of Physics; it is not only the backbone of modern matter science, but also one of the

main theoretical basis of modern science and civilization construction. This paper will make a simple exposition for the modern development, application and leading edge of Quantum Mechanics.

Key words: Quantum Mechanics; development; leading edge

前言

量子力学与基因科学、计算机并列为20世纪三大科技成果.以量子力学为代表的基本物理学理论不仅在认识客观物质世界方面发挥了根本性作用,而且导致了一系列重大的高新技术变革.如激光的发明、半导体的应用,深刻地影响了人类社会的物质生活与产业活动。

量子力学是研究介观物理、新材料、纳米结构的基础理论.量子力学还有可能大规模地应用到信息科学,此时被传递和加工的不是经典信息,而是量子态的叠加。利用量子力学的奇妙特性,在提高信息运算速度、增大信息存储容量和保证信息通信安全等方面,能突破现有的经典信息系统的极限,从而引起信息技术的革命。量子力学在许多现代科学研究领域(如材料物理、核物理、电子技术、工程物理、化学、生物物理等)中有着重要应用。

一、历史背景

量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的。旧量子论包括普朗克的量子假说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子理论。1900年，普朗克提出辐射量子假说，假定电磁场和物质交换能量是以间断的形式(能量子)实现的，能量子的大小同辐射频率成正比，比例常数称为普朗克常数，从而得出普朗克公式，正确地给出了黑体辐射能量分布。1905年，爱因斯坦引进光量子(光子)的概念，并给出了光子的能量、动量与辐射的频率和波长的关系，成功地解释了光电效应。其后，他又提出固体的振动能量也是量子化的，从而解释了低温下固体比热问题。1913年，玻尔在卢瑟福原有核原子模型的基础上建立起原子的量子理论。按照这个理论，原子中的电子只能在分立的轨道上运动，在轨道上运动时候电子既不吸收能量，也不放出能量。原子具有确定的能量，它所处的这种状态叫“定态”，而且原子只有从一个定态到另一个定态，才能吸收或辐射能量。

图1.1 马克斯·普朗克（Max Plank，1858～1947）这个理论虽然有许多成功之处，但对于进一步解释实验现象还有许多困难。在人们认识到光具有波动和微粒的二象性之后，为了解释一些经典理论无法解释的现象，法国物理学家德布罗意于1923年提出了物质波这一概念。认为一切微观粒子均伴随着一个波，这就是所谓的德布罗意波。德布罗意的物质波方程：

E=?ω，p=h/λ……………………（1.1）其中?=h/2π，可以由

……………………………（1.2）

得到

……………………………（1.3）由于微观粒子具有波粒二象性，微观粒子所遵循的运动规律就不同于宏观物体的运动规律，描述微观粒子运动规律的量子力学也就不同于描述宏观物体运动

规律的经典力学。当粒子的大小由微观过渡到宏观时，它所遵循的规律也由量子力学过渡到经典力学。1925年，海森堡基于物理理论只处理可观察量的认识，抛弃了不可观察的轨道概念，并从可观察的辐射频率及其强度出发，和玻恩、约尔当一起建立起矩阵力学；1926年，薛定谔基于量子性是微观体系波动性的反映这一认识，找到了微观体系的运动方程，从而建立起波动力学，其后不久还证明了波动力学和矩阵力学的数学等价性；狄拉克和约尔丹各自独立地发展了一种普遍的变换理论，给出量子力学简洁、完善的数学表达形式。

当微观粒子处于某一状态时，它的力学量(如坐标、动量、角动量、能量等)一般不具有确定的数值，而具有一系列可能值，每个可能值以一定的几率出现。当粒子所处的状态确定时，力学量具有某一可能值的几率也就完全确定。这就是1927年，海森伯得出的测不准关系，同时玻尔提出了并协原理，对量子力学给出了进一步的阐释。

量子力学和狭义相对论的结合产生了相对论量子力学。经狄拉克、海森伯（又称海森堡，下同）和泡利等人的工作发展了量子电动力学。20世纪30年代以后形成了描述各种粒子场的量子化理论——量子场论，它构成了描述基本粒子现象的理论基础。此外，海森堡还提出了测不准原理，原理的公式表达如下：ΔxΔp≥?/2=h/4π……………………（1.4）

图1.2 波粒二象性

二、 基本原理

1、 状态迭加原理

微观粒子具有波动性，而波具有可迭加性，因此微观系统的状态具有可迭加性。

原理1.描写某一时刻微观系统状态的数学量是希尔伯特空间中的矢量，称之为态矢量或波函数。该函数满足态迭加原理1122=c c ψψψ+。

2、 物理量和算符

原理2.（1）描写微观系统的物理量是Hilbert 空间中的厄米算符。

（2）物理量所能取的量值是其厄米算符的本征值。 （3）物理量A 在状态ψ中取各本征值i A 的几率与在态矢量ψ按算符A 的本证矢量展开式中本证函数i A 前的系数的复平方成正比。

由原理2可知，量子力学所描述的运动规律是一种统计规律，也就是说量子

力学所能告诉我们的是微观系统在某一时刻某一物理量所取各种可能值的几率，而不是某一确切的数值。这与经典力学有着根本的区别。

由以上原理可以得到一下推论：

推论1：描写状态的矢量，其长度（模）无物理意义。

推论2：在厄米算符A 的本征态

i A 中，按定义知在此态中取物理量A 的几率为i j ij A A δ=，所以在这个状态取i A 的几率为1，而取其他值的几率为0,。所以物理量A 在厄米算符A 的本征态中来说有确定的值。

推论3：物理量A 在状态ψ中的统计平均值应为可能取各种值的几率乘以所取值的和，即可写成A A ψψψψ

=

。 3、 算符的对易关系

原理3.微观系统的直角坐标系中位置坐标算符i x 与其相应的广义动量算符i p 之间满足下列对易关系： ,0,,0,,i j i j i j ij x x p p x p i δ??????===??????…………（2.3.1）

。 4、 状态随时间的演化

原理4.微观系统的状态()t ψ随时间演化的规律服从

()()i t H t t ψψ?=?， 其中H 是系统的哈密顿算符。这就是所熟悉的Schrodinger 方程。这一方程使我们可能根据某一时刻的状态找出以后所有时刻的状态。前面所述的态矢量ψ大

都指某一特定时刻的微观系统的状态，当()t ψ与时间有关时，其含义是说系统在整个时间过程中各时刻状态的总体，它是Hilbert 空间中的运动矢量。

5、 多粒子系统

原理5.描写全同粒子系统的态矢量，对其中任一对粒子的交换或是对称的或是反对称的。对称态描写玻色子体系，反对称态描写费米子体系。

三、 发展现状

1、 量子动态系统控制

在对宏观物体的控制中，中心任务是寻找合适的控制方法来使系统由初态达到人们所期望的状态。在量子领域，无论其在应用方向上有多大差别，对其控制的中心任务也是相似的，即选择一个合适的控制策略及函数，以使量子从一个特定的初始态(0)ψ在时刻T 达到人们所期望的状态()t ψ。

2、 量子通信

近年来量子通信由于其安全性引起了研究人员广泛地兴趣，目前在实验领域取得了一系列进展，其中量子态的隐形传输，量子网络等技术正逐步走向实用。正是因为量子拥有广袤的实用前景，各国均在量子通信技术方面加大科研投入。但是在降低单光子源成本、加大通信传输距离、增强检测概率等一些关键性问题上还需要进一步研究。人们最初对量子的研究是基于对光的研究进行的，由于量子通信可以建立无法被破译的通信系统，因此受到美国、欧盟、日本等国在有关科研机构的大力研究和发展，我国在这方面的研究成果也受到了国际上的广泛关注。特别是在量子通信的演示验证试验方面，学术界已经由地面自由空间传输试验向空间传输试验发展。

3、 量子计算机

到目前为止，世界上还没有真正意义上的量子计算机，它的实现还有许多技术上的问题。科学家们对此提出了几种方案。第一种是核磁共振计算机，其原理

是用自旋向上或向下表示量子位的0和1两种状态，重点在于实现自旋状态的控制非操作，优点在于尽可能保证了量子态和环境的较好隔离。第二种是离子阱计算机，其原理是将一系列自旋1/2的冷离子被禁锢在线性量子势阱里，组成一个相对稳定的绝热系统，重点在于由激光来实现自旋翻转的控制非操作。其优点在于极度减弱了去相干效应，而且很容易在任意离子之间实现n位量子门。第三种是硅基半导体量子计算机，其原理是在高纯度硅中掺杂自旋为1/2的离子实现存储信息的量子位，重点在于用绝缘物质实现量子态的隔绝，其优点在于可以利用现代高效的半导体技术。

四、未来展望

尽管量子力学是为描述远离我们日常生活经验的抽象原子世界而创立的，但它对我们日常生活的影响无比巨大。没有量子力学作为工具，就不可能有化学、生物、医学以及其他每一个关键学科的发展。没有量子力学就没有全球经济可言，因为作为量子力学产物的电子学革命将我们带入计算机时代。同时光子学的革命也将我们带入信息时代。量子物理的杰作改变了我们的世界，科学革命为这个世界带来了福音，也带来了潜在的威胁。

量子力学既不像广义相对论那样来自于对引力与几何关系的光辉洞察力，也不像DNA的破译那样揭开了生物学一个新的世界的神秘面纱，它的起源不是一步到位的，是历史上少有的天才荟萃在一起共同创造的。

从近年来量子力学基本问题的理论和实验研究工作可以看出，人们已经能够通过各种精巧的实验在实验室规模地检验历史上留下的关于量子力学能否正确描述宏观物体自由运动及量子力学的“非定域性”的基本问题的论争，已经能够通过具体模型的构建去替代过去思辨式的讨论，能够把基本量子特性直接应用到

信息和生命等领域，从而有可能导致交叉领域的重大进展。就量子力学本身发展而言，人们需要更加关心经典世界和量子世界交流和沟通的基本问题，这方面包括半经典物理、介观物理乃至量子引力的研究，它们可能孕育着21世纪重大的科学突破。

五、总结

21世纪科技的发展日新月异，对于现代科学工作者来说，量子力学已经成为必须掌握的基础知识。量子力学的基本思想对于人们认识客观世界有着深远的影响。不仅学物理的人应该研究量子力学，作为一个现代社会的公民，了解量子力学的基本概念和基本思想，知道量子力学的作用都是十分必要的。

【参考文献】

1、建军.高等量子力学讲义

2、阎毅.自由空间量子通信若干问题研究[J].电子科技大学，2009.

3、谭华海.量子计算机研究的最新进展[J]..教育部科技发展中心刊

4、曾谨言.量子力学[Z].科学教育

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当今世界，科学技术日新月异、迅猛发展。以信息技术、生物技术为代表的高新技术及其产业的崛起与壮大,对各国的政治、经济、军事、文化等方面产生了深刻的影响。在以经济实力、国防实力和民族凝聚力为主要内容的综合国力的激烈竞争中，能否在高新技术及其产业领域占据一席之地已经成为竞争的焦点，成为维护国家主权和经济安全的命脉所在。在21世纪，我们既面临着许多严峻的挑战，又拥有难得的机遇。在挑战和机遇面前，我们各级领导干部必须重视学习，不仅要学习马列主义、毛泽东思想、邓小平理论，还要学习现代科技知识。江泽民总书记在为中央党校出版社出版的《现代科学技术基础知识》一书作的序中指出：“抓紧学习和掌握现代科技知识，是摆在我们面前的一项重要任务，各级干部要从国家富强、民族振兴的高度来认识学习的重要性，增强学习的自觉性。”认真学习和领会江泽民总书记的重要指示，对于我们牢固树立“科学技术是第一生产力”的观点，深刻理解“三个代表”的重要思想，从世界眼光和战略思维的高度认清学习现代科技知识的重要性、必要性和紧迫性，进一步增强科技意识，从思想到行动真正转移到依靠科技进步和提高劳动者素质的轨道上来，推动国民经济持续、快速、健康地发展，具有十分重要的现实意义。 当代科技发展的主要特点： （一）科学技术加速化发展。当代科技以指数规律增长。科学知识更新快；科学成果迅速增长；从科学发现——技术实现——生产应用时间缩短；新技术新产品更新换代快。 （二）科学技术整体化趋势日益显著。科技进一步分化和综合。各门学科相互交叉渗透，越来越成为一个整体，表现在边缘学科、综合学科、横断学科的出现；科技的数学化、数字化，是整体化的又一体现。自然科学和社会科学的整体化。 （三）科技全球化趋势加快发展。当代许多科技研究开发活动规模大、复杂性增加，非一国之力所能承担；某些科技研究开发活动具有国际性、全球性。经济全球化、信息网络化和跨国公司的活动，促进了全球科技资源的流动和科技信息的共享。对于发展中国家来说，既是机遇又是挑战。 （四）创新成为科技发展的源动力。科技的生命在于创新。创新包括原始性创

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随机前沿模型（SFA ）原理和软件实现 一、SFA 原理 在经济学中，常常需要估计生产函数或者成本函数。生产函数f (x)的定义为：在给定投入x 情况下的最大产出。但现实中的产商可能达不到最大产出的前沿，为了，假设产商i 的产量为： i i i y f (x ,)βξ= （1） 其中，β为待估参数；i ξ为产商i 的水平，满足i 01ξ<≤。如果i =1ξ，则产商i 正好处于效率前沿。同时，考虑生产函数还会受到随机冲击，故将方程（1）改写成： i v i i i y f (x ,)e βξ= （2） 其中，i v e 0>为随机冲击。方程（2）意味着生产函数的前沿i v i f (x ,)e β是随机的，故此类模型称为“随机前沿模型”（stochastic frontier model ）。随机前沿模型最早由Aigner, Lovell and Schmidt(1977)提出，并在实证领域运用广泛，Kumbhakar and Lovell(2000)为该领域的研究写了一本著作，有兴趣的同学可以去参考。 假设o k 1i 1i ki f (x ,)e x x ββββ=L （柯布道格拉斯生产函数，共有K 个投入品），则对方程（2）取对数可得： K i 0k ki i i k 1ln y =+ln x ln ββξν=++∑ （3） 由于i 01ξ<≤，故i ln 0ξ≤。定义i i u =-ln 0ξ≥，则方程3可以写成： K i 0k ki i i k 1ln y =+ln x -u ββν=+∑ 其中，i u 0≥为“无效率”项，反映产商i 距离效率前沿面的距离。混合扰动项 i i i ενμ=-分布不对称， 使用OLS 估计不能估计无效率项i u 。为了估计无效率项i u ，必须对i i νμ、的分布作出假设，并进行更有效率的MLE （最大似然估计）估计。 一般，无效率项的分布假设有如下几种： (1) 半正态分布 (2) 截断正态分布 (3) 指数分布 在一般的论文中，使用的最多的是半正态分布 随机前沿模型可以很容易地用于估计成本函数，经过与生产函数的随机前沿模型类似的推导可得： K i 0y i k ki i i k 1ln c =+lny ln P +u βββν=++∑

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容易从实例中学习任务（例如，人脸识别或面部表情识别）。深度学习的好处是用非监督式或半监督式的特征学习和分层特征提取高效算法来替代手工获取特征。 利用深度学习的种种特征我们可以将其应用在不同的行业，如语音识别，机器翻译，计算机视觉等。 语音识别相对于手动控制来说更加快捷、方便，可以用在诸如工业控制、语音拨号系统、智能家电、声控智能玩具等许多领域；智能对话查询系统，根据客户的语音进行操作，为用户提供自然、友好的数据库检索服务，例如家庭服务、宾馆服务、旅行社服务系统、订票系统、医疗服务、银行服务、股票查询服务等等。 将机器学习领域深度学习研究引入到语音识别声学模型训练，使用带RBM 预训练的多层神经网络，极大提高了声学模型的准确率。在此方面，微软公司的研究人员率先取得了突破性进展，他们使用深层神经网络模型（DNN）后，语音识别错误率降低了30%，是近20年来语音识别技术方面最快的进步。 机器翻译是人工智能的终极目标之一，具有重要的科学研究价值。同时，机器翻译又具有重要的实用价值。随着经济全球化及互联网的飞速发展，机器翻译技术在促进政治文化经济交流方面起到越来越重要的作用。 2013年来，随着深度学习的研究取得较大进展，基于人工神经网络的机器翻译（ Neural Machine Translation ）逐渐兴起。其技术核心是一个拥有海量结点（神经元）的深度神经网络，可以自动的从语料库中学习翻译知识。一种语言的句子被向量化之后，在网络中层层传递，转化为计算机可以“理解”的表示形式，再经过多层复杂的传导运算，生成另一种语言的译文。

光学工程前沿报告1 潘运

光学工程前沿之来自量子世界的新技术 潘运（MF1415003) （南京大学光通信中心江苏南京 210008） 摘要：本文是听完全国光电技术与系统学术会议中量子技术的邀请报告后，自己的一些感想和总结。郭光灿院士首先介绍了量子世界的与经典世界的一些不同的特点，用来引起大家对量子学的兴趣，然后着重介绍了量子密码和量子计算这两方面的量子学的应用，这两项应用着重体现了量子学巨大的发展前景，最后鼓励大家投身与科学研究的事业中来，体现了郭院士不仅自己专心搞研究而且期望拉起一个研究队伍的科研理念。本篇报告着重介绍量子光学的一些基础性知识，并且对会议中量子学的应用做一些介绍。 关键词：量子光学，量子信息技术，量子世界 Abstract:This article is after listening to the National Optoelectronic Technology and Systems Conference invited the report quantum technology, some of their own feelings and summary. Academician Guangcan Guo first introduced the quantum world with some of the different characteristics of the classical world, to arouse interest in quantum science, and then focuses on the quantum cryptography and quantum computing applications of quantum science in these two areas, which focuses on two applications quantum Theory reflects strong growth prospects, and finally to encourage everyone to join the cause of scientific research in the past, reflecting the professor Guo concentrate not only their own research and expect to pull out of a research team of research ideas. This chapter report highlights some of the basic quantum optics knowledge, and for meeting the application of quantum science to do some introduction. Keywords: Quantum Optics，Quantum information technology，Quantum World 1.引言 量子世界具有经典世界所不具有的特点，对于常年生活在宏观世界中的人来说，这种微观的量子世界的特点可能会然人感到怪异。但是正是由于量

精选-机械工程前沿论文

机械工程前沿研究与优化设计 摘要: 本论文指出了现代机械工程科学前沿的显著特征：一方面，它与信息技术、材料科学、生命科学和管理科学相交叉；另一方面，它在创造性地解决机械工程关键科学问题的过程中得到发展。机械优化设计为机械设计提供了一种重要的科学设计方法,使得在解决复杂设计问题时,能从众多的设计方案中寻到尽可能完美的或最适宜的设计方案，这是现代科学技术发展的必然结果。简述了遗传算法和蚁群算法的基本概要，并列举了其目前的应用现状。关键词: 机械工程学科前沿优化设计遗传算法蚁群算法 机械工程是一门与机械和动力生产有关的工程学科，它以有关的自然科学和技术科学为理论基础，结合生产实践中的技术经验，研究和解决在开发、设计、制造、安装、运用和修理各种机械中的全部理论和实际问题。 机械工程学科包含以下几个方面机械制造及其自动化机械电子工程机械设计及理论 车辆工程和仿生技术。机械工程的服务领域广阔而多面，凡是使用机械、工具，以至能源和材料生产的部门，无不需要机械工程的服务。概括说来，现代机械工程有五大服务领域：研制和提供能量转换机械；研制和提供用以生产各种产品的机械；研制和提供从事各种服务的机械；研制和提供家庭和个人生活中应用的机械；研制和提供各种机械武器。 1 机械工程的发展趋势 机械的发展经历了从制造简单工具到制造由多个零件、部件组成的现代机械的漫长过程。机械工程以增加生产、提高劳动生产率、提高生产的经济性为目标来研制和发展新的机械产品。随着世界的进步、国家的需求和学科的发展，机械工程科学的发展出现了以下显著特点和趋势：一方面，高技术领域如光电子、微纳系统、航空航天、生物医学、重大工程等的发展，要求机械与制造科学向这些领域提供更多更好的新理论、新方法和新技术，因而出现和发展着微纳制造、仿生及生物制造、微电子制造等制造科学新领域；另一方面，随着机械与制造科学与信息科学、生命科学、材料科学、管理科学、纳米科学技术的交叉，除了推动着机构学、摩擦学、动力学、结构强度学、传动学和设计学的发展外，还产生和发展着仿生机械学、纳米摩擦学、制造信息学、制造管理学等新的交叉科学。在未来的时代，新产品的研制将以降低资源消耗，发展洁净的再生能源，治理、减轻以至消除环境污染作为超经济的目标任务。

电子及通信工程前沿技术系列讲座结课论文

电子与通信工程前沿技术系列讲座结课论文 姓名：XXX 学号：XXXXXX 院系：XXXXXX 指导老师：XXXXXX

电子与通信工程前沿技术系列讲座结课论文 第一讲先进信号处理理论及在无线通信、多媒体等领域中的应用 这次报告主要讲了四面的容：分数阶傅里叶变换、压缩感知理论框架、无线通信系统信号处理领域和多媒体信号与信息处理领域。老师结合分数阶傅里叶变换理论及压缩感知理论，介绍了这些先进信号处理理论的发展研究状况，并通过实例给出了相关理论在无线通信和多媒体领域中的应用研究。接着，他讲述了自己主持的自然科学基金以及大学与北京理工大学等院校联合在研的自然科学基金重点项目的研究进展。 第二讲未来通信技术——认知无线电与协作通信 穆晓敏讲课的主要容有：当前频谱利用现状、静态频谱分配的瓶颈及解决案以及当前遇到的问题，同时还向我们介绍了互联网+、智慧城市、人工智能（AI)、工业4.0、DT时代等相关容。 认知无线电技术已经向“网络与系统”的框架转变，为增强认知能力、降低认知成本，协作手段成为必然。物理层链路技术面临进一步提升性能的“瓶颈”，通过不同网络元素间的多维度协作提高系统整体性能是下一阶段移动通信系统增强的主要途径。在这一过程中，对环境背景信息和用户业务特征的广泛感知是智能化协作与联合资源管理的重要基础。认知无线电与多维度协作通信的结合将成为技术发展的必然趋势。 第三讲智能可穿戴设备概念、基于纺织纤维的可穿戴式产品 文老师主要向我们介绍了智能可穿戴设备的概念以及文老师所创建公司研发的基于纺织纤维的可穿戴产品。 智能可穿戴设备是应用穿戴式技术对日常穿戴进行智能化设计、开发出可以穿戴的设备的总称，如眼镜、手套、手表、服饰及鞋等。最早的可穿戴设备用于军事、户外运动、人体检测等。苹果手表、微软手环和谷歌眼镜是当前最热门的智能穿戴设备，国也涌现出大量的可穿戴智能设备厂商，像小米手环等。 在不久的将来，智能可穿戴设备将成为人体的一部分，就像皮肤、手臂一样。在更远的未来，手机可能只需向人体植入芯片，而Siri将能直接通过对话帮你打，帮你订餐馆，了解你的一切隐私，跟你的亲密程度甚至超过你的家人——可能谷歌眼镜和苹果手表都不再是植入人体的芯片了，他们已经成为人体基因的一部分，可以参与人类的繁衍和进化。

量子力学的发展及应用

量子力学论文题目: 量子力学发展历史及应用领域 学生姓名武术 专业电子科学与技术 学号_ 222009322072082 班级2009 级 2班 指导教师张济龙 成绩 _ 工程技术学院 2011年12 月

量子力学发展历史及应用领域 武术 西南大学工程技术学院，重庆 400716 摘要:量子力学发展至今已有一百年了，它发展的道路并不是一帆风顺的。这一百年虽是艰难的，但是辉煌的。此后，人们发现量子力学与现代科技的联系日益紧密，它的发展潜力是不能低估的。本文从两个部分逐次论述了量子力学的发展及应用。第一部分是量子力学的发展，这部分阐述了早期量子论。第二部分是量子力学的应用，这部分阐明了量子力学在固体物理和信息科学中的应用。 关键词：早期量子论；量子力学的发展；量子力学的应用 量子力学诞生至今一百年。经过一百年的发展，它由原子层次的动力学理论，已经向物理学和其他学科以及高新技术延伸。而事实上，它已超出物理学范围；它不仅是现代物质科学的主心骨，又是现代科技文明建设的主要理论基础之一。 建立在量子概念的量子力学及其物理诠释，促使人类的思想观念产生根本性转变；虽然这新概念很抽象，但就目前文明的空前繁荣而言，量子力学所产生的影响是相当广泛的。而看看量子力学的前沿性进展新貌，则会感到心驰神往。 量子力学可谓是量子理论的第二次发展层次，第一次常称作早期量子论，第三次就是量子场论。本文除了论述这三个层次以外，又说了它在现代物理乃至现代物质科学中的地位，阐述了它应用的状况。 一.量子力学的发展 19世纪末20世纪初，人们认为经典物理发展很完美的时候，一系列经典理论无法解释的现象一个接一个的发现了。经典力学时期物理学所探讨的主要是用比较直接的实验研究就可以接触到的物理现象的定理和理论。牛顿定理和麦克斯韦电磁理论在宏观和慢速的世界中是很好的自然规律。而对于微观世界的

前沿技术进展论文

化工与能源学院化学工程与技术前沿进展小论文 题目：通过实验对MPV反应的影响因素浅析 班级：2015级化工与能源学院三班 姓名：邹俊鹏 学号：201522232929 日期：2015年12月28日

通过实验对MPV反应的影响因素浅析 摘要：α,β-不饱和醇，为分子中含有共扼C=C和C=O的不饱和醇，是重要的精细化工中间体，主要应用于香料、香料中间体、医药中间体等方面。α,β-不饱和醇一般通过α,β-不饱和醛/酮还原制备得到。C=C键比C=O键更易加氢还原,因此反应中如何提高对C=O键加氢还原的选择性非常重要。MPV(Meerwein-Ponndorf-Verley)反应是α,β一不饱和醛/酮制备α,β一不饱和醇的一种重要方法，是在温和的条件下以醇为氢源对碳基的C=O双键进行高选择性加氢还原的反应。MPV反应中含Zr催化剂活性高。 催化剂载体结构和酸碱性质对催化剂活性影响较大，中性、比表面积大、孔径大、孔径均匀的载体有利于催化剂活性的提高，而酸性、碱性载体均使催化剂活性降低。 关键词：MPV反应催化剂载体催化剂活性

引言 醛/酮的还原制备相应醇是非常重要的有机化学反应。MPV(Meerwein-Ponndorf-Verley)反应是醛/酮制备相应醇的一种重要方法，特点是在温和条件下，以醇为氢源，当反应物中既有羰基(C=O)又有其它不饱和键如碳碳双键(C=C)等时，只对羰基进行加氢还原而不影响其它不饱和键，尤其适合不饱和醇的制备(如α,β-不饱和醇等医药中间体)。醛/酮MPV反应中早期研究较多的是金属烷氧基化合物均相催化剂，催化效率较高，但难以重复使用，分离困难，且反应后产生大量污染物。多相催化剂能较好解决以上问题，目前研究较多的有氧化物型催化剂、介孔材料接枝型催化剂和沸石型催化剂等。 在相同条件下，与醛相比，酮MPV反应速率明显较低，可能是反应过程中酮羰基位阻较大，且较难活化所致。Maria等人以镁铝类水滑石(MgAl-LDH)为前驱体，500℃下焙烧，制得镁铝复合氧化物(MgAl-LDO)，发现其在酮MPV反应中的催化活性比单独MgO好，他们推测反应机理为：Mg2Al1-LDO表面具有的强Lewis碱活性中心(O2?)和配位不饱和Lewis酸活性中心(Al3+)对，可起协同作用：碱中心(O2?)可吸附醇羟基导致其容易脱氢形成烷氧基化合物，邻近酸中心(Al3+)可吸附酮羰基使其活化，酮和醇在酸碱活性中心对上先形成六元环过渡态，然后将氢原子从氢源醇转移到酮羰基上使酮还原，六元环过渡态，Mg/Al为2时，酸碱活性中心对之间的协同作用最强。类水滑石化合物(LDHs)是一类具有层状结构的新型无机功能材料，其焙烧所得的复合氧化物(LDO)中各金属离子高度均匀分布类似固体溶液，能充分发挥各金属离子间的协同作用。Maria等人制备的MgAl-LDO催化剂制备简单，成本较低，但其具有所需焙烧温度较高、反应的时间较长，重复使用性能较差等缺点。据文献报道，含Zr催化剂对醛MPV反应具有良好的催化性能，但在酮MPV反应中的研究较少。目前MgZrAlO型复合氧化物在酮MPV反应中催化性能研究的报道还是较少。因此，本文利用Mg2Al1-LDO的结构记忆效应，将其浸渍于Zr(NO3)4溶液来制备MgZrAl-LDHs，对其焙烧制备MgZrAlO型复合氧化物催化剂，以环己酮为模板反应物，对其在环己酮的MPV反应中催化性能进行研究，并与Mg2Al-LDO进行对比。

量子力学在材料科学中的地位及学习方法

量子力学在材料科学中的地位及学习方法新技术革命离不开新材料的发展。无论是新型的结构材料还是功能材料，它们的性质和性能都取决于其组成结构和结合方式，并且是在原子以上的层次作为研究对象。深刻地研究材料的本质，应从揭示微观粒子运动的量子力学理论中去寻求答案，材料的各种性质几乎都可以通过量子力学的平均操作、极限操作及一些学方法推导出来。材料学的迅速发展，特别是以量子力学的观点来研究材料科学，使得材料科学和材料工程得以大步向前。 为了科学地认识材料，以原子以上的层次的运动作为对象，所以要研究量子力学、热力学、古典力学和电磁学的关系。根据文某些文献的观点，研究材料科学是要从量子力学的观点来研究，应首先学习材料科学的基础——量子力学概论。可知，量子力学处于最基本的地位，也就是说，其它相关学科都是从基础的量子力学以平均操作、极限操作等推出来的。例如，如果理解量子的能量观点，那么热力学的各个量可以通过平均操作推导出来；从波动系数可以通过平均操作推导出古典力学的运动方程式，而当普朗克常数h→0即为古典力学；而电磁学与量子力学通过场的量子化联系起来。因此，为了科学地认识材料性质，将以量子力学作为最基本的学科。 在量子力学的学习过程中,我们必须深入理解量子力学中的几个基本原理。量子力学中描述粒子的状态不再用经典物理中的位置和动量来描述,而是由波函数来描述,如何理解这个波函数的统计解释是量子力学学习贯穿始终的重点和难点。粒子的运动也不再服从牛顿运动方程,波函数是遵守薛定谔方程的。 大学物理本科的理论物理专业课量子力学抽象、深奥、难学也难教，对于非物理专业学生学习量子力学，更增加了难度。作为四大力学之一的量子力学从概念到解决问题的方法跟经典物理有根本性的不同，在中学阶段少见到甚至没见到，学生预习时觉得如看“天书”。我觉得老师讲授量子力学过程中可以通过以下措施以求解决上述矛盾，使学生在掌握基本知识的同时，提高思维能力、扩展视野和提高科学素质，以求抛砖引玉。 一、从学生实际出发，紧扣大纲，合理安排教学过程的三阶段 考虑到学生的实际情况和需要，我们的量子力学教学大纲着重量子力学概念、规律和物理思想的展现：对中学中含有的与量子力学有关的内容在层次上进行全方位拓宽、复盖和加深，确保材料、应用化学专业教学及科研对近代物理知

中国能源效率地区差异及其成因研究——基于随机前沿生产函数的方差分解

摘要：本文提出了基于随机前沿生产函数的地区能源效率差异分析框架，并采用方差分解方法测算了１９８０￣２００５年中国能源效率地区差异中各因素的作用大小，结果发现：（１）全要素生产率、资本—能源比率和劳动—能源比率差异的平均贡献份额分别为３６．５４％，４５．６７％和１７．８９％；（２）全要素生产率差异的作用在不断提高，是中国能源效率地区差异扩大的主要原因；（３）此外，增长方式趋同的东部地区能源效率也存在显著收敛趋势，而中西部能源效率内部差异呈现波动性变化。以上结论的政策含义是，只有改善中西部地区的资源配置效率并促进区域间的技术扩散才能有效提高落后地区的能源利用效率。 关键词：能源效率 地区差异 随机前沿生产函数 方差分解 一、引言 能源是现代经济增长不可或缺的投入要素，对各国经济发展都有决定性影响，能源过度消费所带来的资源耗竭和环境问题已经成为２１世纪人类发展的重大挑战之一。改革以来，能源为中国经济的持续快速增长提供了重要的“动力支持”，然而随着经济水平的不断提高，粗放式的能源消费对经济发展和环境保护的压力越来越大，提高能源效率是中国当前最为迫切和重要的问题之一。由于幅员辽阔、空间发展不平衡，中国各地区能源效率存在很大差异，如果落后地区能够赶超发达地区的能源利用水平，将极大地提高总体能源效率。例如，２００５年宁夏万元ＧＤＰ能耗为３．５５吨标准煤，而广东仅为０．６８吨标准煤，如果前者能够达到后者能源效率的１／４，就可以节约２０％以上能源消费，完成国家提出的“十一五” 节能目标。目前，关于中国能源效率的研究大多是对于产业结构和生产技术影响的考察，主要集中于从产业结构升级和生产技术进步两个角度探求提高能源效率的潜力与途径（如史丹、张金隆，２００３；韩智勇等，２００４；蒋金荷，２００４；周宏、林凌，２００５等），其基本分析方法———指数分解方法，比较适合分析一个国家或地区的能源效率的变化趋势，而不能很好解释其能源效率水平的决定，所以不适合地区差异研究（王玉潜，２００３；吴滨、李为人，２００６）。此外，邹艳芬、陆宇海（２００５）和高振宇、王益（２００６）等利用空间计量和聚类分组等方法对中国能源效率的区域特征和空间相互影响的研究，也不能回答是什么原因造成了中国地区能源效率的巨大差异。虽然近来有学者开始尝试从地区间能耗差异角度测算各地区节能潜力（ＨｕａｎｄＷａｎｇ，２００６；史丹，２００６等），但由于缺乏对能源效率差异形成机制的深入分析，实际上仍然不能说明我们应当如何挖掘这些潜力。最近，魏楚、沈满洪（２００７）采用数据包络分析（ｄａｔａｅｎｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎａｌ－ ｙｓｉｓ，ＤＥＡ）方法测算并比较各地区能源利用效率，但是他们将各地区全部经济活动的技术效率作为能源利用的技术效率，存在一定问题；而且，基于数据包络分析的效率指数测算仅仅能 ＊本文为史丹主持的国家自然科学基金项目 “我国能源利用效率及其影响因素分析（批准文号５０５５６００２）”的阶段性成果。 中国能源效率地区差异及其成因研究＊ ———基于随机前沿生产函数的方差分解□史 丹 吴利学 傅晓霞 吴 滨

物理学前沿问题

书名:物理学前沿问题(研究生系列教材) ISBN:756143009 作者:王顺金著 出版社:四川大学出版社 定价:25 页数:152 出版日期:2005-1-1 版次: 开本:小16开 包装:平装 简介:本书简要介绍物理学各个主要分支的研究现状、前沿问题和发展趋势，包括：物理学与高科技，凝聚态物理学与介观物理学，原子、分子物理学与光学，原子核物理学，基本粒子物理学与量子场论，广义相对论、天体物理学与宇宙学。对凝聚态物理学和原子、分子物理学与光学，强调了其新发现和新进展与21世纪高科技的密切关系；对原子核物理学、基本粒子物理学、广义相对论、天体物理学与宇宙论，则探讨了21世纪物理学基本理论可能面临的重大变革。此外，还简要地介绍了物理学与信息论和计算机科学，物理学与生物学的交叉，包括：量子信息、量子通讯与量子计算，生物物理学。最后，介绍了物理学的研究方法，物理学、数学与哲学的相互关系，以及中国物理学的发展前景。本书对所讨论的问题提供了实用的数据与资料，其中包含了作者本人对物理学基本问题的观点和研究心得，以及对物理学发展前景的看法。 作者著述本书的目的是：1、开阔本科高年级学生和研究生的物理学视野，使他们对物理学的各个前沿问题有一些初步的了解，以便于今后选择适合的研究或作领域；2、给学生今后的学习与研究提供一个向导；3、激发学生对物理学，特别是对基础物理学和理论物理学的热情，鼓励他们从事物理学教学与研究工作，为发展中国和世界的物理学做出项献。 本书适合物理学各专业的研究生、本科高年级学生和研究人员阅读，也可供相邻学科的学生和研究人员参考。 目录: 第1章物理学与高科技 1.1 21世纪的高科与知识经济 1.2 21世纪的高科技与物理学 1.3 21世纪物理学的前景与可能面临的变革 1.4 大学本科物理学和数学的知识结构 第2章凝聚态物理学与介观物理学 2.1 凝聚态物理学的现状 2.2 新有序相 2.3 低维系统与小系统:介观物理、协和簇物理与纳米科技 2.4 等离子体物理学与核聚变 2.5 人造系统:超晶格、准晶格与人造原子 2.6 极端条件下的凝聚态物理学 2.7 复杂性与自组织 第3章原子、分子物理学与光学 3.1 引言

前沿技术论文

《网格技术与应用》 ——姓名：陈曦学号：10Z0246 一、网格技术原理（黑体、四号） 网络的变化，可谓日新月异，相应的网络标准、框架、实施和相应应用也飞速向前发展。现在，网格计算的应用情形也正如web服务的早期情况，又或者是XML，表面上看来是缓慢发展，但是，一旦出现统一的标准和工具，将会出现爆炸式的发展。 1、什么是网格计算？ 网格计算即分布式计算，是一门计算机科学。它研究如何把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分成许多小的部分，然后把这些部分分配给许多计算机进行处理，最后把这些计算结果综合起来得到最终结果。 网格计算是一项逐渐形成的技术，不同的人会给出不同的定义。实际上，网格计算的定义很简单：使用网格计算技术，可以将一组服务器、存储系统和网络组合成一套大的系统，并提供高质量的服务。对终端用户或者应用，网格计算像一个巨大的虚拟计算系统。 网格技术允许组织、使用无数共享的计算机资源来解决问题。被解决的问题可能会涉及到数据处理、网络或者数据存储。该由网格技术结合在一起的系统，可以存在于同一个房间中，也可以分布在世界各地、运行在不同的硬件平台、不同的操作系统或隶属于的不同组织。基本的思想是赋予某些用户执行一些特定的任务，网格技术将平衡这些巨大的IT资源，来完成任务。本质上，所有的网格用户使用一个巨大的虚拟系统工作。 若想让这些成为现实，就需要开放的、目标统一的协议和接口标准。这样的

标准正在制定中，其所带来的益处也逐渐显现出来。 2、为什么集群连接、存储设备的网络、科研设施不是网格呢？ 这其中的每一个都可以是网格的重要的组成部分，而就单个组件而言，组件本身并不能建立网格。网格类型分为以下几种： ·计算网格，这些机器将处理数据，及其他繁重的工作。 ·抽取网格，一般情况下是从空闲的服务器和台式机上抽取CPU时间片，用作资源密集型的任务。 ·数据网格，为某一组织的数据知识库提供统一的接口，通过接口，可以查询、管理和保护数据。 3、网格计算的涵盖范围 图1-1 网格计算涵盖范围