量子光学

1、 量子光学在保密通信中的应用目录 1.量子密码通信的背景 . 2 1.1经典密码通信和量子密码通信 2 1.2量子密码通信的发展现状 2 2.单光子密码通信和相干光量子密码通信 . 3 2.1单光子密码通信 3 2.2相干光量子密码通信 5 3量子密码系统实现技术 5 3.1量子信号 6 3.2量子比特制备技术 6 3.3量子信号检测系统 6 1.量子密码通信的背景 1.1经典密码通信和量子密码通信 经典密码通信可分为两大类，一类是对称密码系统，一类是非对称密码系统。对称密码系统的加密密钥和解密密钥相同或对称，这种密码体制要求所有的密钥都被严格保密，不得有任何泄。

2、量子概念是 1900 年普朗克首先提出的，距今已有一百多年的历史.其间，经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、玻恩、海森伯、薛定谔、狄拉克等许多物理大师的创新努力，到 20 世纪 30 年代，就建立了一套完整的量子力学理论.,量子力学,经典力学,现代物理的理论基础,量子力学相 对 论,量子力学,一、何谓热辐射,物体在任一温度下都要发射各种波长的电磁波。,18-1 热辐射 基尔霍夫定律,热辐射：物体在不同温度下发出的各种电磁波的能量按波长的分布随温度而不同的电磁辐射,因辐射与温度有关，故称热辐射,1）热辐射过程的实质是 物质以电磁波的形式向。

3、第七章 量子光学基础,第一节 光的量子性,第 七章 量子光学基础,第一节 光的量子性,一、辐射与能量子概念1辐射的早期理论（1）热辐射的基尔霍夫定律 热辐射是热传递的三种基本方式之一。 热辐射的光谱是连续谱。波长覆盖范围原则上可从0直至，可见光波段只是其狭窄的一小部分。 设物体的绝对温度为T，单位时间内从物体表面单位面积上辐射的各种波长的电磁波能量的总和为该物体的辐射出射度，用R(T)表示，也称为辐出度。 波长处于+d范围内的电磁波能量用dR(T)表示，它与波长间隔d的比就称为波长处的单色辐射出射度，又称为光谱辐出度，用R(。

4、本章主要讲解四个方面问题： 1）黑体辐射的实验规律 2）普朗克能量子假设 3）光电效应与爱因斯坦光子理论 4）光的波粒二象性,黑体辐射的实验规律,1、热辐射,在任何温度下，一切宏观物体都以电磁波的形式向外辐射能量。对于给定的物体而言，在单位时间内辐射能量的多少以及辐射能量按波长的分布等都取决于物体的温度，因此，这种辐射就称之为热辐射，或者称为温度辐射。另外，一切物体在向外界发射辐射能的同时也吸收周围物体发出的辐射能。,以白炽灯为例，灯丝通以电流后， 当温度 T 800 K时，灯丝微微发红，继续升高温度，灯丝由暗红变橙。

5、第 21 章 量 子 光学基础,21-1 引 言,十九世纪末，经典物理已发展得相当成熟，人们认为，对物理现象本质的认识已经完成。海王星的发现和电磁理论对波动光学的成功解释，更使人感到经典物理似乎可以解决所有问题.。当时很多物理学家都认为 ：物理学的大厦已基本建成，后辈物理学家只要做些修补工作就行了。,然而在人类即将跨入20世纪的时候，却发现了某些无法用经典理论解释的实验现象 ：,MM实验“零结果”,热辐射“紫外灾难”。,1900年，Kelvin在新千年的祝词中把此称为是晴朗的物理学天空中出现的“两朵乌云”。这些矛盾迫使人们跳出传统。

6、 量子光学 习题解答集 二零零三年六月 量子光学习题解答 第一章 1.1长L的立方腔内，222210AAc t =nullnull，0A=nulli。求证满足边界条件的解包含分量(,) ()cos( )sin( )sin( )xxxyzA rt At kx ky kz=null， ( , ) ( )sin( )cos( )sin( )yyxyzArt At k ky k=null， (,) ()sin( )sin( )cos( )zzxyzArt At k ky k=null， 其中knull的分量有1.1.21式决定。证明1.1.21式中xn，yn，zn在某一时刻只有其中之一为零。 解：222210AAc t =nullnull（1） 在直角坐标系中，分离变量 (,) () ()iiiA rt ArAt=nullnull(,)ixyz= （2） 代入（1）式，有 22 2。

7、一、量子调控的途径：外场调控（振幅、相位、啁啾及形状等手段调控）和结构调控（利用材料的结构特征调控，比如原子、分子及半导体微结构等）；量子干涉与相干现象：激光诱导原子态相干，导致了介质不同激发通道间的量子干涉。从而可操控介质的光学特性。经典相干导致原子相干经典干涉导致量子干涉量子化的基本思想：找出描述经典场的一组完备的正则“坐标”和 “动量”，然后把它们视为相应的算符，满足正则坐标和正则动量的对易式，从而使其量子化。粒子数算符 的本征态就是 FOCK 态 。Na|nFock 表象也叫占有数表象 能量表象二、相干态。

8、1 Quantum Optics email: ygupku.edu.cn Tel: 62752882 354 Quantum mechanics +Optics PPT 2 3 Planck 1 0 0 4 . 。

9、*本章简要介绍:,1.狭义相对论基本观点;,2.狭义相对论时空观的几个重要结论.,狭义相对论 总结,一.牛顿力学的绝对时空观,1.光速不变原理,2.爱因斯坦相对性原理,琢廖遵货淳蝇俞汽颐桩壹盂竭撼撼捻右切跨截诉诵瑚俱界糊侄帚庙独瑟肾量子光学-1-1量子光学-1-1,三. 洛伦兹的时空变换和速度变换,楔孤肠片扒鲁悄厩辉已砸肄启柏恰肇彪滩恕群矾衷伍传络暴公坠棺铣饼泞量子光学-1-1量子光学-1-1,1.满足光速不变原理,买鹅拾图肇借平屿霄叼逐诀先蜘溉钩声初冉良版掇隙眺她拉厌臂母案杠残量子光学-1-1量子光学-1-1,四.狭义相对论时空观的几个重要结论,运。

10、第21章 量子光学基础,物理学发展到19世纪末期，可以说是达到相当完美、相当成熟的程度,19世纪的最后一天，欧洲著名的科学家欢聚一堂。会上，英国著名物理学家W汤姆生（即开尔文男爵）发表了新年祝词。他在回顾物理学所取得的伟大成就时说，物理大厦已经落成，所剩只是一些修饰工作,21-1 引言,寻找以太的零结果，爱因斯坦创立了现代物理大厦之一：相对论,热辐射的紫外灾难的解决，普朗克等人建立了现代物理大厦之二：量子论,所有物体在任何温度下都要发射电磁波，这种与温度有关的辐射称为热辐射(heat radiation)。如图,1. 热辐射的基本概。

11、光学和量子光学1、书名： 光学原理 书名( 英文) ： Principles of Optics 7th ed. 作/译者： Born,Wolf 定价： 150.00 现价： 150.00 ISBN： 7-5062-5096-9本书是 20 世纪光学领域最具影响的一部经典名著，对我国光学界也有着非常重要的影响。它初版于 1959 年，曾多次修订再版。这次引进的是第 7 版（1999年） 。书中用经典电磁场理论系统讨论了光学在各种媒介中传播的基本规律，包括光的反射、折射、色散、干涉、衍射和作为波长趋于零极限情况的几何光学、像差衍射理论以及金属光学和晶体光学等。新版中增补了近年研究的几个活跃方向，。

12、1,2,2. 玻尔的氢原子理论,电离能：把核外电子从某稳定态（n）移到无限远处所需要的能量。,类氢离子,氢原子,3,一、德布罗意波（物质波）,1924 年，法国的青年物理学家德布罗意发表博士学位论文，,、自然界在许多方面是显著的对称的； 、可观察到的宇宙完全由光和物质所构成； 、光具有波粒二象性，物质也具有波粒二象性。,提出三条论点：,16.4 粒子的波动性,正好相反，重视了粒子性，而忽视了波动性。,重视了光的波动性，而忽视粒子性。,在光学方面：,在实物粒子方面：,4,德布罗意关系式,和实物粒子相联系的波称为物质波或德布罗意波,1. 德。

13、一.热辐射,复习上讲内容,*总辐出度E（T ）,*单色辐出度e(T， ),*单色吸收系数,*单色反射系数,*绝对黑体,中心问题是“绝对黑体的单色辐出度”,实验定律:,（1）斯特藩-玻尔兹曼定律,（2）维恩位移定律,*普朗克的能量子假设,*普朗克公式,第二节,光电效应,麦克斯韦的电磁理论预言电磁波存在,1887年赫兹用实,验证实了电磁波存在。在实验中赫兹发现一种现象：当,用紫外光照射检波器上其中一个小球时,二个小球之间出,现跳火.这一现象引起物理学界许多人的兴趣.,紫外光照射 中性,放电,带正电,光电效应实验,一、光电效应,石英窗,光束射到金属表面使。

14、1. 相干态的定义： 1 a平移算符 2 0D*aDe相干态的特性：光子数分布：泊松分布 1非正交、超完备 2最小不确定乘积态 3介于经典态和非经典态之间的一种态2. 相干态的 ，光子数分布为随机分布（泊松分布） ，通常， 的光场量子201g 201g态称为光子群聚态，意味着光子倾向于成对到达探测器； 的光场量子态称为光子201g反群聚态，意味着光子倾向于以均匀的时间间隔到达探测器。因此，热光场态是一种光子群聚态，而光子数态是一种光子反群聚态。光子反群聚效应是一种所谓的非经典效应，从而间接证明了光子数态为非经典态，热光场态为经典态，而相。

15、量子光学与量子信息摘要：量子光学是应用辐射的量子理论研究光辐射的产生、相干统计性质、传输、检测以及光与物质相互作用中的基础物物理问题的一门学科。关键字：量子光学 量子信息 JC 模型 TC 模型早在 1900 和 1905 年,普朗克和爱因斯坦就提出了光量子假说,并成功解释了黑体辐射谱分布与光电效应,确定了光具有波粒二象性的基本物理思想。然而,长期以来由于经典电磁辐射理论能完满地解释绝大多数物理光学实验现象,光的量子理论并未得到系统发展。直到2O 世纪 7O 年代以后 ,随着激光与光电子技术的进步,一系列用经典理论无法解释的非经典。

16、大学物理学 第二十一章 量子光学基础,上海交通大学物理系,21.1 引言,21.2 普朗克的能量子假说,21.4 氢原子光谱 玻尔的氢原子理论,21.3 爱因斯坦的光量子假设,21.5 激光器的工作原理,热辐射,黑体辐射,基尔霍夫定律,斯特潘-玻耳兹曼定律 维恩位移定律,维恩公式 瑞利-金斯公式,普朗克量子假设,爱因斯坦光量子假设,光电效应,康普顿散射,光的粒子性,光的波粒二象性,光的波动性,黑体辐射问题“紫外灾难” ；,光电效应nn0,无论I多大,没有光电子逸出;而它的能量只与n有关,和I无关；,原子的线状光谱及其规律,巴尔末公式的物理机制？,原子稳定性；,。

17、习题 2121-1测量星体表面温度的方法之一是将其看作黑体，测量它的峰值波长 m，利用维恩定律便可求出 T。已知太阳、北极星和天狼星的 m分别为 60.51， 60.431和60.291m，试计算它们的表面温度。解：由维恩定律： b，其中： 389.2，那么：太阳：362.891057mK；北极星：36.44T；天狼星：362.89109mb。21-2宇宙大爆炸遗留在宇宙空间的均匀背景辐射相当于温度为 K3的黑体辐射，试计算：（1）此辐射的单色辐出度的峰值波长；（2）地球表面接收到此辐射的功率。解：（1）由 mTb，有342.8910.6mmT；（2）由 4M，有： 4PR地 ，那么：3289(6701)5.67。

18、量子光学重点,15.1.4 黑体辐射的实验规律,Stafan-Boltzmann定律,斯特藩玻尔兹曼常量,B) Wien位移定律 (1893),15.2.1 光电效应的实验规律,2) 遏止电压 与光强 I 无关,4) 瞬时性 10-9 s,15.2.3 爱因斯坦的光量子理论,“光量子”,“光子”,“能量子”,逸出功（材料有关）,电子初动能,光电效应方程,红限频率:,1916年Milikan对 的测定实验,光子的波粒二象性,光的粒子性的一个重要的实验,15.3 康普顿效应,康普顿公式,散射电子的动能,静止电子的质量,（霍书P365） 在康普顿效应中，入射的X射线波长 ，散射的X射线与入射的X射线垂直，求 : 1）反冲。

19、郭光灿：世界第一个做出量子避错码 国内曾冷遇在旁人眼里，郭光灿的学术经历丰富而多变。学过无线电，做过激光器，钻研了十来年的量子光学理论，又去做量子信息的实验。其实，他的每一次“跳转”都曾在不同历史时期打下烙印。科学之旅中最让他开心的，则是作为一名历史“推手”，让更多人与他一起畅游在量子的世界。追回最好的时光1942 年，郭光灿出生于福建省一个渔民家庭。父亲用一只小木船运货，艰难维持着全家五口人的生计。他三岁那年，父亲被日本人抓去做苦工，结果一去不返，在船上生病客死海外。含辛茹苦的母亲，独自一人抚养郭光。