量子物理与计算核心问题解析

1、填空。著名物理学家 _ 在 ___年说：“物理学已没有其他可发现的东西了。”

开尔文勋爵（Lord Kelvin）；1900

2、哪位德国物理学家被认为是量子力学之父，他在研究什么问题时取得了开创性发现？

被认为是量子力学之父的德国物理学家是 马克斯·普朗克 。他在研究光光谱的能量分布问题时，假设光子的能量不是由连续函数描述，而是由微小的块（他称之为 量子 ）描述，从而取得了开创性发现。

3、以下哪些是量子力学的有效解释：a. 星际之门解释；b. 多世界解释；c. 蒂华纳弗莱茨解释；d. 船长脆谷乐解释；e. 量子信息；f. 哥本哈根解释；g. 量子猫抓量子狗解释

b、e、f

4、不确定性原理对粒子的位置和动量有什么说法？

你要么知道粒子的位置，要么知道其动量，但不能同时知道两者。

5、判断题。不确定性原理催生了零点能的概念。

正确

6、零点能对绝对零度有什么说法？

在绝对零度下，按照量子力学和不确定性原理：

• 若所有分子活动停止，粒子的位置和动量将被知晓，这是不可能的。

因此：

• 即使在绝对零度，粒子仍会以微小的能量振动，即存在 零点能 。

7、用一句话定义泡利不相容原理。

泡利不相容原理指的是：

• 没有两个粒子能在同一时间处于相同的量子态，
• 或者说没有两个电子能有相同的一组量子数。

8、关于泡利不相容原理，以下哪项是正确的？a. 量子猫利用不相容原理从盒子里逃脱。b. 泡利引入了一个新的二值量子数，后来被称为量子自旋。c. 不相容原理后来被推广到标准模型中的所有粒子。d. 玻色子（光子、胶子、力的载体）不遵守不相容原理。e. 量子狗不遵守不相容原理。f. 费米子（电子、夸克、中微子）遵守不相容原理。

b/c/d/f

9、狄拉克方程是对什么的一种尝试？

狄拉克方程是在量子力学背景下引入相对论时空的首次尝试。

10、用一句话解释：什么是狄拉克方程？

狄拉克方程是狄拉克为使原子处理方式符合相对论而提出的方程，引入了与泡利矩阵密切相关的 $4 \times 4$ 矩阵（bispinors）和四分量波函数，且该方程有负能解，由此引出了空穴理论。

11、关于狄拉克方程，以下哪项是正确的？a. 它预言了反物质的存在。b. 它将相对论时空引入量子力学的背景中。c. 它遵循泡利不相容原理。d. 它违反了不确定性原理。e. 它使用具有时空坐标 (x,t) 的双分量波函数。f. 狄拉克方程只有正能量的解。

a、b、c

12、填空。在狄拉克的空穴理论中， _ _ 中的空穴需要 _ 能量来产生一对粒子 - 空穴。这些空穴后来被证明是 ___，由美国物理学家卡尔·安德森在 1932 年通过实验发现。

狄拉克海；正；正电子

13、用简单的语言定义粒子纠缠。

粒子纠缠

粒子纠缠是量子系统的一种基本属性，源于两个粒子相互作用。例如，当测量时，若一个粒子自旋向上，另一个粒子会瞬间表现出自旋向下，这种作用能瞬间在空间甚至时间中传播。

14、哪位著名物理学家将量子纠缠称为“幽灵般的超距作用”？为什么说它很“幽灵”？我们能否用纠缠粒子发送短信？如果可以，原因是什么？

阿尔伯特·爱因斯坦与量子纠缠

著名物理学家阿尔伯特·爱因斯坦将量子纠缠称为“ 幽灵般的超距作用 ”。

之所以说它“幽灵”，是因为：

• 缠结粒子间的相互作用能 瞬间跨越空间甚至时间发生 。
• 这种现象违背了爱因斯坦认为的： 光速是宇宙中极限速度 的观点。

需要注意的是：

我们 不能用纠缠粒子发送短信 ，因为：

量子力学禁止信息超光速传播。

15、简要描述贝尔定理。它为什么重要？

贝尔定理并非旨在证明量子力学和相对论谁正确，而是提供了一种检验纠缠粒子 非定域性原理 的方法。

简单来说，贝尔定理指出，一个相关的三变量量子系统的概率之和小于或等于 1，即：

$$
P(A = B) - P(A = C) - P(B = C) \leq 1
$$

其重要性在于它为解决 爱因斯坦 与 玻尔 之间关于量子力学的争论提供了关键途径，有助于人们更深入地理解量子世界的特性。

16、关于贝尔定理，选择正确的陈述：a. 击败了量子力学。b. 法国物理学家阿兰·阿斯佩通过实验证明量子力学违反了贝尔不等式。c. 它证明了粒子的属性在观测的瞬间被定义。d. 爱因斯坦认为纠缠是天才之举，并提出了 EPR 悖论来庆祝。

b

17、填空：当激光束穿过带有两条狭缝的金属板并在探测器屏幕上形成投影时，双缝实验展示了粒子的 _ 二象性。如果测量装置放在屏幕上，产生的干涉图样显示为 。如果测量装置放在狭缝处，干涉图样显示为 __。这表明量子