1、经典力学的困难经典力学的困难 19世纪末世纪末20世纪初，经典物理理论已经发世纪初，经典物理理论已经发展到了相当完善的地步。但还存在以下几展到了相当完善的地步。但还存在以下几个困难个困难 1 黑体辐射黑体辐射经典统计力学导致能量在高经典统计力学导致能量在高频区发散，即所谓紫外灾难频区发散，即所谓紫外灾难 2 光电效应光电效应光电子能量与频率的线性关光电子能量与频率的线性关系（包括低频截止）和光电子相应时间太系（包括低频截止）和光电子相应时间太快快 3原子线状光谱原子线状光谱原子能量取分立值原子能量取分立值量子力学的诞生 1 Plank-Einstein的光量子论光子能量有一个最小单位=h p=
2、h/ 2 康普顿效应 3 Bohr的量子论 4 德布罗意得物质波 5 heisenberg的矩阵力学 6 薛定谔的波动力学诠释风波 量子力学诞生了，但她的理论解释一直存有两派 1 以Bohr为首的哥本哈根学派为正统量子力学派，认为波函数描述的是粒子在空间出现的概率，单次测量结果是概率性的，我们只能得出测量结果出现某一本征值的概率 2 Einstein、薛定谔等人认为单次测量结果也是确定可预知的质疑-量力信息的开端 1935年Einstein, Podolsky and Rosen在physics review letter上发表文章量子力学是完备的吗？文中他们给出完备理论应满足的三个条件 （一
3、）物理实在的每个要素在一个完备的物理理论中都应该有其对应 （二）如果不以任何方式干扰系统，系统应该可以确定的预言。 （三）超距作用是不存在的 根据以上三个条件构思的构思了一对处于自旋单态的粒子（EPR态）满足 121212 让两个粒子沿相反的方向运动到足够远，然后测量其中一个的自旋，由于两粒子处于自旋单态，故另一个粒子波函数也同时坍缩至一个已知态，则这两个粒子之间坍缩信息传递速度为无限大，不满足狭义相对论信息传递不超过光速的要求质疑-量力信息的开端 1932年，von Neumann的no-go 理论引入了一个系统的态，预示了一个比量子力学更完备更规范的理论“隐变量理论”出现的可能隐变量理论
4、为了解决量子力学完备性问题，Bohm在20世纪50年代初提出隐变量模型。认为单次测量结果是确定的，只是它由一个未知的参数隐变量的控制。隐变量模型对正统量子力学产生了巨大冲击。孰对孰错 为了在正统量子力学和隐变量理论中做出选择，1964年Bell重新审视了von Neuma-nn 的工作提出Bell不等式对隐变量理论提出质疑。Bell不等式 隐变数理论认为自旋朝Z轴的纯态可表示为z, 0 ,1考虑两电子自旋单态12ABABAB 若同时从 方向测A自旋 方向测B自旋测结果分别为 和 再将对应结果相乘ab,Ba,Aa,1AaBa Bell不等式 多次测量对求平均可得关联函数( ,)( ),P A B
5、dA aBa 再选一个 方向重复试验，经推导可得(,)(,)1(,)PabPacPbcc量子力学结果 按照量子力学，AB组成纠缠态( , )cos( , )ABABABP a baba b 代入bell不等式得cos(,)cos(,)1cos(,)abacbc 取则不等式破坏！CHSH不等式 1969年Clauser-Horne-Shimony-Holt提出CHSH不等式。 若考虑关联实验的失误或误差因素则只能得1,1AaBa则(,)(,)(,)(,)2PabPacPdcPdb3( , )( , )( , ) ( , )44a bb dd ca c取不等式破坏!实验检验 1981年Aspect
6、用原子瀑流的光子散射实验中验证CHSH不等式大程度的破坏。证明量子力学的正确性量子信息 量子力学的正确表明信息的超光速的量子态隐形传输是可能的！ 量子信息是编码在量子物理上的信息，量子信息的存储加工和传递很大程度上依赖于量子态的纠缠特性。量子纠缠 简单的说，量子纠缠就是做Schmidt分解后对偶基还包含两项以上的纯态，纠缠度的大小表征携带有效信息的能力。可通过量子纠缠的浓缩（蒸馏）来提高纠缠度。量子信息不可克隆 一个未知量子态不可以被完全拷贝。对量子态的测量会导致量子态所包含信息的改变。量子隐形传态 1993年Bennett等四个国家的六位科学家联合发表了题为“经由经典和EPR信道传送未知量子
7、态”的文章。1997年奥地利学者在nature上报道了世界上第一个实现量子隐形传态的实验结果，引起了学术界的轰动。基本思想 为传送某物的未知量子态，将原物的信息分为经典信息和量子信息两部分，经典信息是发送者对原物进行某种测量得到，量子信息为其余信息，接受者获得这两种信息后即可制造原物复制品。整个过程中只传递了原物的量子态，发送者可以对此量子态一无所知，而接收方可以将别的物质单元变换成与原物处于相同的量子态。隐形传态的实现 若Alice要把下列态传给Bob2201 ,1abab其中Alice处于与1邻近的2位，Bob处于与1远离的3位 若2和3通过某种方式建立纠缠，且处于最大量子态：100112
8、则三个量子态的初态为010001000111112abcdAlice对 1，2位进行CNOT操作0000 01011011 1110NOTNOTNOTNOTCCCC110001100111112abcd得0然后Alice对 进行H门操作11001 10122HH得2100 ( 01) 10 ( 01)201 ( 01) 11 ( 01)abababab1最后Alice对 的1，2位进行测量 就会坍缩到上述四个态之一， Alice把坍缩信息用经典通讯方式告诉Bob，Bob就知道该如何对3进行相应幺正操作，并重现1的量子态，实现222201 ,1abab 从Alice到Bob的远程传递经典信道经典信道经典信道00RL发送电路接收电路SSL隐形传态量子电路隐形传态量子电路谢谢大家
