諾貝爾物理學(xué)獎專題：量子糾纏 基于波粒二象性與波動方程的微觀世界粒子超距作用探究【大學(xué)組】

專業(yè)：自然科學(xué)

項目類型：國外小組科研

開始時間：2024年10月26日

是否可加論文：是

項目周期：7周在線小組科研學(xué)習(xí)+5周不限時論文指導(dǎo)學(xué)習(xí)

語言：英文

有無剩余名額：名額充足

建議學(xué)生年級：大學(xué)生

是否必需面試：否

適合專業(yè)：物理學(xué)高能物理粒子物理原子物理量子物理

地點：無

建議選修：大學(xué)物理綜合及其工程應(yīng)用

建議具備的基礎(chǔ)：適用于物理學(xué)、量子物理、理論物理專業(yè)的學(xué)生； 學(xué)生需要具備大學(xué)物理、偏微分方程、波函數(shù)基礎(chǔ)

產(chǎn)出：7周在線小組科研學(xué)習(xí)+5周不限時論文指導(dǎo)學(xué)習(xí) 共125課時 項目報告 優(yōu)秀學(xué)員獲主導(dǎo)師Reference Letter EI/CPCI/Scopus/ProQuest/Crossref/EBSCO或同等級別索引國際會議全文投遞與發(fā)表指導(dǎo)（可用于申請） 結(jié)業(yè)證書 成績單

項目背景：量子論與相對論并稱現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基石。作為現(xiàn)代科學(xué)前沿、“研究物質(zhì)世界微觀粒子運動規(guī)律的物理學(xué)分支”，量子物理以微觀粒子波粒二相性為根基，圍繞不確定性原理、互補原理、薛定諤方程展開，經(jīng)由普朗克、愛因斯坦、珀爾、薛定諤、海森伯、泡利等科學(xué)史上熠熠生輝的物理學(xué)巨擘們的反復(fù)爭論與論證（1927年第五屆索爾維會議召開，主要圍繞新舊量子力學(xué)展開探討，參會21名學(xué)者中有17位諾貝爾獎得主，極大推動了量子力學(xué)的發(fā)展），最終提供了一種觀察、描述、闡釋自然和宇宙的全新方法。在量子力學(xué)里，當幾個粒子在彼此相互作用后，由于各個粒子所擁有的特性已綜合成為整體性質(zhì)，無法單獨描述各個粒子的性質(zhì)，只能描述整體系統(tǒng)的性質(zhì)，則稱這現(xiàn)象為量子纏結(jié)或量子糾纏（quantum entanglement）。量子糾纏是一種純粹發(fā)生于量子系統(tǒng)的現(xiàn)象；在經(jīng)典力學(xué)里，找不到類似的現(xiàn)象。時至今日，量子物理已經(jīng)成為現(xiàn)代科學(xué)的基石，在諸多產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)落地。量子計算機、量子通信、核磁共振，“從分子生物到化學(xué)材料，從原子到核能，從計算機到天文學(xué)…現(xiàn)代工業(yè)體系70%與量子力學(xué)與量子糾纏有關(guān)。發(fā)達國家有超過1/3的國內(nèi)生產(chǎn)總值與量子力學(xué)有關(guān)。”項目將聚焦量子物理這一前沿科學(xué)領(lǐng)域。

項目介紹：本項目內(nèi)容從物理學(xué)經(jīng)典光電效應(yīng)實驗開始，探究量子物理的誕生、發(fā)展和應(yīng)用，通過項目對量子物理經(jīng)典理論形成系統(tǒng)性整體認識。內(nèi)容設(shè)置兩個模塊的經(jīng)典物理實驗，涉及雙縫干涉實現(xiàn)、光電效應(yīng)實驗、黑體輻射實驗、量子糾纏等，當經(jīng)典力學(xué)無法詮釋微觀粒子的時候，我們沿著122年前普朗克發(fā)現(xiàn)能量量子化的腳印，從每一個實驗和每一步推理中學(xué)習(xí)量子力學(xué)是如何誕生的。另兩個模塊主要講授波函數(shù)和薛定諤方程、以及”薛定諤的貓“所描述的量子疊加態(tài)。Starting from the experiment of classical photoelectric effect in physics, this project explores the birth, development and application of quantum physics, and forms a systematic and overall understanding of classical theories of quantum physics through the project. The content sets up two modules of classical physics experiments, involving the realization of double-slit interference, photoelectric effect experiment, black body radiation experiment, etc. When the classical mechanics could not interpret the microscopic particles, we followed the footprints of Planck's discovery of energy quantization 122 years ago, and learned how quantum mechanics was born from every experiment and every step of reasoning. The other two modules focus on wave functions and the Schrodinger equation, as well as the quantum superposition states described by 'Schrodinger's Cat.'

在結(jié)束時提交項目報告，進行成果展示。 個性化研究課題參考： 含有雙光子和雙模耦合的量子比特和振子系統(tǒng)的理論研究、非厄米量子系統(tǒng)中非經(jīng)典效應(yīng)的增強與保護研究、開放量子系統(tǒng)的特性分析及其狀態(tài)保持控制 Students will submit a project report at the end of this project to demonstrate their results. Suggested Research Fields： Theoretical study of qubits and oscillator systems with two-photon and two-mode coupling Research on the Enhancement and Protection of Non-classical Effects in Non-Hermitian Quantum Systems Characteristic Analysis of Open Quantum System and State Preservation Control

項目大綱：經(jīng)典量子物理實驗1：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng) Classical quantum physics experiment 1: Photoelectric effect, Compton effect 經(jīng)典量子物理實驗2：黑體輻射實驗、普朗克定律、雙縫干涉實驗、海森堡不確定性原理 Classical quantum physics experiment 2: Black body radiation experiment, Planck's Law, Double slit interference experiment, Heisenberg uncertainty Principle 波函數(shù)、量子力學(xué)中量子態(tài)的數(shù)學(xué)描述、希爾伯特空間、厄米算符 Wave functions, mathematical description of quantum states in quantum mechanics, Hilbert Spaces, Hermitian operators 薛定諤方程，描述量子行為的二階偏微分方程 The Schrodinger equation, second order partial differential equation describing quantum behavior 項目回顧與成果展示 Program Review and Presentation 論文輔導(dǎo) Project Deliverables Tutoring