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Yin Zhangqi, a PhD candidate, is studying Quantum Information in XJTU, Xi’an, China. This blog is mostly about physics, especially in the field of quantum physics, partly in English and partly in Chinese
Zhangqi Yin
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- March 18, 2010
- 06:58 AM
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光在介质中动量到底是多少？
by Zhangqi Yin in Yin Zhangqi's Blog
在量子论刚刚出现后不久，人们对光在介质中的动量就产生了争论。Minkowski认为，其动量应该是光在真空中动量的n倍，n是介质的折射率。而Abraham认为，应该是真空中动量的n分之一。这里就出现了一个两难的悖论。
Minkowski的推理如下：在量子力学中，光的动量是p=hw=hk/v。其中w是频率，k是波数，v是光的速度。在真空中v就等于c，而介质中v=c/n。光从真空到介质中，波数不会变，所以介质中的动量为p=nhk/c，是n被的真空动量。Abraham的理论是，考虑到光是粒子，其动量为p=mv。真空中的速度比介质中的速度快n倍，所以介质中的动量为真空时的n分之一。当然上面只是一个很粗略的说法。更加精确的定义是Abraham和Minkowski的动量密度分别为：g_A=E×H/c^2，g_M=D×B。
在这个悖论提出100年来，理论和实验学者为了解释它做了很多努力。人们做了很多实验，结果发现有一部分支持Minkowski形式，有一部分支持Abraham形式的动量。最近有人宣称，他解决了这个难题。他认为，Minkowski和Abraham的动量形式都是正确的，但是分别对应与正则动量和运动学动量。实际上，在考虑光在介质中的动量问题时，我们不得不把介质的动量也考虑进来。介质的动量也有正则动量和运动学动量两种形式。分别把光子与介质的正则动量和运动学动量相加，是相等的。在实验中，如果测量的是镶嵌在基底的物体的位移，会得到支持Minkowski动量的结果。如果测量介质物体的速度和质量，利用动量守恒推出的光子的动量就支持Abraham动量的形式。也许这个结果真的能够结束100年来的争论。
Barnett, S. (2010). Resolution of the Abraham-Minkowski Dilemma Physical Review Letters, 104 (7) DOI: 10.1103/PhysRevLett.104.070401 ... Read more »
Barnett, S. (2010) Resolution of the Abraham-Minkowski Dilemma. Physical Review Letters, 104(7). DOI: 10.1103/PhysRevLett.104.070401
- December 22, 2009
- 02:51 AM
- 727 views
纳米机械振子，量子力学，广义相对论
by Zhangqi Yin in Yin Zhangqi's Blog
《Quantum Mechanics meets General Relativity in Nanoscale Experiments》1，题目很炫，有广义相对论，量子力学还有纳米，但是本身并没有多少理论新意。这个工作主要是把前人有关引力导致退相干的想法2,3应用到了纳米微机械系统中，提 出了一个实验可行的方案，并讨论了相关的一些实验现象，比如如何验证波恩定则什么的。论文的想法是通过NV系统的纠缠态制备机械振子系统的位置纠缠态，考 虑引力场在广义相对论中是在时-空中变化的，于是引起对薛定谔方程的修正，最终可能导致波函数的塌缩和波恩定则的出现。这篇论文的公式特别少，描述性的语言很多，读起来不是很吃力。推荐读读这篇文章的附录A，完全没有公式，但是把文章的核心概念讨论得非常清楚。
[1] Jasper van Wezel, & Tjerk H. Oosterkamp (2009). Quantum Mechanics meets General Relativity in Nanoscale Experiments arXiv arXiv: 0912.3675v1
[2] Penrose, R. Gen. Rel. Grav. 28, 581, (1996); Penrose, R. Phil. Trans. R. Soc. Lond. A 356, 1927, (1998).
[3] Di´osi, L. Phys. Lett. A 120, 377, [...]... Read more »
Jasper van Wezel, & Tjerk H. Oosterkamp. (2009) Quantum Mechanics meets General Relativity in Nanoscale Experiments. arXiv. arXiv: 0912.3675v1
- December 14, 2009
- 10:00 AM
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几篇文章
by Zhangqi Yin in Yin Zhangqi's Blog
最近，我前室友魏朝晖和韩永建合作完成了一篇论文，讨论了单向量子计算的噪声阈值。结果非常有意思，对单向量子计算很有参考价值。首先，把探测器的效率阈值降低到50%。其次，最关键的是对纠缠源的效率不再做限制了，任意低的纠缠效率都可用。... Read more »
Z. -H. Wei, Y. -J. Han, C. H. OH, & L. -M. Duan. (2009) Improving noise threshold for optical quantum computing with the EPR photon source. arXiv. arXiv: 0912.1493v1
Zhang, R., Garner, S., & Hau, L. (2009) Creation of Long-Term Coherent Optical Memory via Controlled Nonlinear Interactions in Bose-Einstein Condensates. Physical Review Letters, 103(23). DOI: 10.1103/PhysRevLett.103.233602
- September 9, 2009
- 06:21 PM
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通向生命体的量子叠加态?
by Zhangqi Yin in Yin Zhangqi's Blog
量子叠加态最大能够在多大的系统中存在？目前已经在光子，原子，以及cooper对中看到了薛定谔猫态。下一步是什么，当然是微型的机械系统了。通过光 （纳米）机械振子技术，我们可能很快就可以看到振子系统的薛定谔猫态了。可是，我们能够真的在生物体中看到薛定谔猫态么？似乎不可能，但最近的理论工作告诉我们这是可行的[1]。通过光镊技术，可以把几十个纳米大小的振子束缚在光势阱中。这个振子几乎是完全与环境脱耦的，有可能通过光驱动冷却到基态，从而制备出 薛定谔猫态出来。要知道，很多病毒是能够在真空中生存的。因此如果我们把病毒束缚在振子中，我们就可能制备出具有生物活性的系统的量子叠加态。这种量子叠 加态与薛定谔当年提出的薛定谔猫态就几乎一模一样了。同样的技术也可能用于其他基于光学机械振子系统的各种量子信息处理过程[2]。
[1] Oriol Romero-Isart, Mathieu L. Juan, Romain Quidant, & J. Ignacio Cirac (2009). Towards Quantum Superposition of Living Organisms, arXiv: 0909.1469v1
[2] D. E. Chang, C. A. Regal, S. B. Papp, D. J. Wilson, J. Ye, O. Painter, H. J. Kimble, & P. Zoller (2009). Cavity optomechanics using an optically levitated nanosphere, [...]... Read more »
Oriol Romero-Isart, Mathieu L. Juan, Romain Quidant, & J. Ignacio Cirac. (2009) Towards Quantum Superposition of Living Organisms. arXiv. arXiv: 0909.1469v1
D. E. Chang, C. A. Regal, S. B. Papp, D. J. Wilson, J. Ye, O. Painter, H. J. Kimble, & P. Zoller. (2009) Cavity optomechanics using an optically levitated nanosphere. arXiv. arXiv: 0909.1548v1
- August 17, 2009
- 12:41 AM
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离子阱中的声学激光
by Zhangqi Yin in Yin Zhangqi's Blog
早在激光发明后不久，人们就在寻求其在其他系统中的对应物，比如说，声学激光，或者我们可以称之为“激声”。... Read more »
Vahala, K., Herrmann, M., Knünz, S., Batteiger, V., Saathoff, G., Hänsch, T., & Udem, T. (2009) A phonon laser. Nature Physics. DOI: 10.1038/nphys1367
- April 7, 2009
- 06:50 AM
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减小核自旋引起经典噪声的办法
by Zhangqi Yin in Yin Zhangqi's Blog
对量子点系统来说，电子周围的原子核环境是经典噪声的主要来源。原子核的有效温度一般远远高于其居里点，所以可以认为他们处于一个完全混合态。其磁场的去向是完全杂乱的。但同时也是变化缓慢的。因此对电子来说，我们认为这是一个准静态的经典噪声。要消除这个噪声的影响，人们可以用回声法(echo)。另外人们发现，通过主动的驱动控制，是可以冷却核自旋，从而减小噪声的。... Read more »
Rudner, M., & Levitov, L. (2007) Self-Polarization and Dynamical Cooling of Nuclear Spins in Double Quantum Dots. Physical Review Letters, 99(3). DOI: 10.1103/PhysRevLett.99.036602
Vink, I., Nowack, K., Koppens, F., Danon, J., Nazarov, Y., & Vandersypen, L. (2009) Locking electron spins into magnetic resonance by electron–nuclear feedback. Nature Physics. DOI: 10.1038/nphys1366
Reilly, D., Taylor, J., Petta, J., Marcus, C., Hanson, M., & Gossard, A. (2008) Suppressing Spin Qubit Dephasing by Nuclear State Preparation. Science, 321(5890), 817-821. DOI: 10.1126/science.1159221
- February 7, 2009
- 12:12 PM
- 863 views
为什么离子阱中可以制备声子纠缠而机械振子不行？
by Zhangqi Yin in Yin Zhangqi's Blog
最近看到NIST的Winland组成功的在四离子阱系统中的声子模之间制备出了量子纠缠态。这是一个很有意思的工作，因为在声子系统中制备纠缠态以及其它非经典态一直是量子物理学家的梦想。当然，现在这个梦想只是实现了一部分。人们的最终梦想是在微机械振子系统中制备出纠缠态来。为了达到这个梦想，人们正在努力的冷却机械振子的振动模，希望能够把声子数降低到0。... Read more »
Jost, J., Home, J., Amini, J., Hanneke, D., Ozeri, R., Langer, C., Bollinger, J., Leibfried, D., & Wineland, D. (2009) Entangled mechanical oscillators. Nature, 459(7247), 683-685. DOI: 10.1038/nature08006
- December 18, 2008
- 01:54 AM
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推荐一篇简单有趣的理论文章
by Zhangqi Yin in Yin Zhangqi's Blog
最近读文献，读到了一篇理论推导非常简单，得到的结果却很有趣的论文。这篇论文的题目是《Topological Transition in a Non-Hermitian Quantum Walk》。题目中有拓扑这个关键词，看起来蛮有意思的，也似乎很难，但实际上理论推导很简单。这篇论文讨论的是一个电子在互相耦合的双量子点间输运的过程中，能否极化量子点周围的核自旋的问题，却发现了一个非常漂亮的拓扑转变现象。极化能否发生，只依赖于两个互相竞争的耦合参数之间的比值，与其他的经典噪音没有关系，这正是拓扑转变带来的健壮性。... Read more »
Rudner, M., & Levitov, L. (2009) Topological Transition in a Non-Hermitian Quantum Walk. Physical Review Letters, 102(6). DOI: 10.1103/PhysRevLett.102.065703
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