现代物理知识杂志

划时代的量子通信——写给世界第一颗量子科学实验卫星“墨子号”

关键词: 科学实验卫星  量子通信  量子纠缠  量子密钥分发  量子比特  贝尔不等式  量子态  量子信息  叠加态  纠缠态  

2016年8月16日凌晨1点40分,人类历史上第一颗用于量子通信研究的＂墨子号＂量子科学实验卫星在我国酒泉卫星发射中心发射升空（图1）。该卫星由中国科学技术大学和中国科学院上海技术物理研究所共同研制,经过前期准备,于2012年正式立项,并历时多年研制成功。该卫星将配合多个地面站实施星地量子密钥分发、

量子态的可分性与纠缠度量

关键词: 量子态  纠缠度  量子纠缠  量子信息处理  混合态  量子比特  密度矩阵  可分性  经典物理  测不准  

1.引言量子纠缠是量子物理区别于经典物理的特征之一,量子纠缠态在量子信息处理中起到关键的作用,是许多量子信息处理过程中必不可少的资源[1]。例如在量子隐形传态中,利用一对分别处于甲地与乙地的纠缠粒子,可以把一个未知量子态从甲地传到乙地。对量子纠缠理论及其应用的研究,已经把数学、物理、计算、信息等许多领域紧密地结合了起来。量子态...

量子纠缠态分类

关键词: 量子纠缠态  不确定原理  物理实在  奇异值分解  量子信息  约当标准型  量子比特  量子理论  幺正矩阵  幺正变换  

1引言量子力学是20世纪初最伟大的物理发现之一。尽管来自各个领域的大量实验事实都证实了量子力学是正确的理论,但是人们对量子理论的一些基本原理的争论自始至今却从未间断。其中最著名的就是爱因斯坦等人对不确定原理的质疑所引出的量子力学完备性问题的争论[1]。

量子信息、量子通信和量子计算释疑

关键词: 量子信息  量子通信  经典信息  量子比特  微观物理  量子纠缠  量子态  幺正变换  叠加态  量子隐形传态  

1.什么是量子信息目前,量子通信和量子计算是国际上的研究热点,它们都属于量子信息科学。对于这个领域,存在不少困惑和不解。在本文中,笔者对若干问题作一些解释。传统的信息服从的规律与量子力学无关,虽然很多信息处理的微观物理过程用到量子力学。这称作经典信息,其基本单元,即比特,

什么影响了中国人对电动汽车的购买力？

关键词: 电动汽车  空气污染物  环境问题  环境质量  电动车辆  婚姻状况  北京理工大学  化石燃料  持续性  购买意愿  

2016年11月15日华盛顿——中国的许多城市都在忍受着恶化的环境质量——尤其是雾和霾带来的空气污染。目前空气污染物水平已经远超过欧盟所制定的＂安全＂线,而造成这种污染的罪魁祸首之一是近年来汽车购买和使用量的迅速提升。这些日益严重的环境问题推动了新能源汽车（NEVs）——又名插电式电动汽车——的发展,该汽车作为一种方法用来解决由于...

大尺寸锗酸铋闪烁晶体与暗物质粒子探测

关键词: 闪烁晶体  锗酸铋  探测卫星  能量分辨  时间窗口  国际竞争  天文观测  

暗物质的存在已被大量天文观测数据所证实,但却从未被直接探测到,揭开暗物质之谜有望是继相对论及量子力学之后的又一次重大科学突破。暗物质探测国际竞争异常激烈,为了抢占最佳时间窗口和保持优势,我国于2015年底发射了暗物质粒子探测卫星,该卫星是人类在轨观测能段范围最宽和能量分辨最优的空间探测器,其关键探测指标达国际领先水平。

智能可穿戴式压电能量收集器研究现状

关键词: 电能量  收集器  穿戴式  电化学电池  微电子设备  系统集成技术  压电材料  聚合物电池  纳米发电机  锂离子电池  

1.引言便携式低功耗微电子设备在近些年得到了飞速的发展,尤其在人体健康检测系统、嵌入式系统、军事安全应用系统等方面得到了广泛的应用。这些器件依靠传统的电化学电池提供能量,如锂离子电池,聚合物电池等。随着复杂数字系统集成技术（IC）以及微机电技术（MEMS）的高速发展,

揭开混凝土蠕变的秘密

关键词: 建筑材料  其特  斯科特  

有一种材料,大学生用它来制作价格低廉的家具;在中国它已经供不应求;甚至＂The office＂的主演迈克·斯科特（Michael Scott）曾经因为将脸埋在其中而名声大噪——它就是无处不在的混凝土,混凝土因为其特有的强度而被普遍用作建筑材料,遍布在我们生活的各个角落。虽然它强度很大,但是却存在一个致命的缺陷,就是不可避免的＂蠕变＂,

偏差、误差和不确定度的准确使用

关键词: 不确定度  数据分析  

科学实验中常需对实验的结果进行数据分析,数据分析的准确与否直接关系到实验所得到的结论是否正确,因此数据处理对科学实验至关重要。在数据分析过程中,常用到偏差、误差和不确定度的概念,它们之间既相互联系,又有区别,因此偏差、误差和不确定度的使用极易混淆。错误使用偏差、误差和不确定度,不仅影响到数据分析的结果,

低成本钻石

关键词: 液态碳  carolina  米克  激光脉冲  纳拉  物质形式  非晶碳  纳秒  北卡罗来纳州  

碳的一种新型同素异形体,被称为＂Q碳＂（Q-carbon）,硬度甚至高于钻石。这种新的物质形式是由美国罗利市北卡罗来纳州立大学（North Carolina State University）的纳拉杨（J.Narayan）和保米克（A.Bhaumik）,通过高功率纳秒激光脉冲照射非晶碳产生液态碳后迅速淬火而得到的。

大学物理教材一道习题答案的讨论

关键词: 洛伦兹变换  物理教材  物理学习  空间状态  观测者  相对速度  坐标变换  运动速度  测量会  位置坐标  

相对论是大学物理学习中比较抽象的一个部分,无法正确的理解和运用洛伦兹变换、明确各个变量所在的时间与空间状态以及正确认识观察者的概念往往会导致思路混乱,从而在求解问题的过程中产生错误。在学习此课程的过程中许多同学在来自文献[1]P.166中的一道相对论习题的解法上产生了疑问,其题目如下：

封面照片说明

关键词: 科学实验卫星  轨道高度  封面照片  量子通信  空间科学研究  应用领域  设计寿命  量子纠缠  技术进步速度  电源分系统  

北京时间2016年8月16日1时40分,在我国酒泉卫星发射中心长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星＂墨子号＂发射升空,这标志着我国不论是在量子通信科研领域还是应用领域,都处于世界的最前端,是我国空间科学研究的重要事件,其意义十分重大。量子科学实验卫星质量约640千克,轨道高度为500千米,倾角97.37°设计寿命为2年。

为什么叫“墨子号”？

关键词: 墨子  伽利略卫星  量子通信  科学实验卫星  直线传播  成像实验  光通信  望远镜  

墨子在两千多年前就发现了光线沿直线传播，并设计了小孔成像实验，奠定了光通信、量子通信的基础。“就像国外有伽利略卫星、开普勒望远镜一样，以中国古代伟大科学先贤的名字来命名全球首颗量子卫星，将提升我国的文化自信。”量子科学实验卫星首席科学家潘建伟院士这样阐释。

“猜”出来的方程：薛定谔方程和狄拉克方程

关键词: 薛定谔方程  狄拉克方程  原子构成  泡利矩阵  动量算符  微观粒子运动  物质波  德布罗意公式  经典力学  偏导  

（一）薛定谔方程薛定谔方程是量子力学中描述微观粒子运动的基本方程;薛定谔方程之于量子力学,相当于牛顿运动定律之于经典力学。我们知道,＂万物由原子构成＂,那么,原子是怎么运动的呢？还有,原子是否可以再分？如果可以再分,那原子内部是怎么运动的呢？薛定谔方程就可以描述这些运动。让我们先来看看薛定谔方程长什么样：

1930年11月11日：爱因斯坦-西拉德冰箱的专利核准了

关键词: 西拉德  吸收式冰箱  广义相对论  受激辐射  

（译自APS News,2010年11月）爱因斯坦最为大家所熟知的是,他导出了全世界最有名的方程式：E=mc~2。然而,他在物理方面的贡献非常广泛,包括布朗运动、光电效应、狭义和广义相对论、以及后来衍生出雷射的受激辐射等。至于他和西拉德（L.Szilard）共同发展出无运转部件的高效能吸收式冰箱则鲜为人知,即使是物理学家也少有人知。

听植物“说话”

关键词: 在阳台上  

您能相信吗？当你坐在阳台上,可以听到花盆里两株雏菊在交谈,或是您在花园时,可以听见紫荆花在喋喋不休的倾诉,也许还有毛毛草间的争吵。＂听植物讲话＂现在这已不是神话。2016年7月,一个瑞士公司的研究团队对外了一则消息,声称该研究团队研制成功能够听植物＂讲话＂的智能设备,

1910年12月：霓虹灯在巴黎汽车展初次登场

关键词: 克劳德  法国化学  皮卡德  街道照明  picard  气体放电管  claude  氖灯管  拉姆赛  盖斯勒  

（译自APS News,2015年12月）巴黎以＂灯光之都＂闻名,部分因为它最先采用气体灯光做为街道照明。它还主办了第一届霓虹灯展,这都要归功于以＂巴黎爱迪生＂著称的法国化学家及工程师克劳德（G.Claude）。几乎两世纪的实验引导了气体放电管的发展。回溯到1675年,

啤酒引导酵母进化

关键词: 弗兰德  里彭  biotechnology  发酵工业  生物技术研究所  梅尔  表型分析  麦芽汁  韦斯特  麦芽三糖  

人类与酿酒酵母的关系说来话长,通过对发酵工业所用的157个酿酒酵母菌株进行基因和表型分析,发现它们都源于几种常见的祖先,并应酿酒者的需求而产生进化。比利时弗兰德生物技术研究所（Flemish Insti-tute for Biotechnology）的韦斯特里彭（K.Verstrepen）和梅尔（Maere）也在主导的工作中发现,相对于野生酵母,

物理学史中的库仑定律——纪念库仑诞辰280周年、逝世210周年

关键词: 物理学史  物理学概念  学习过程  

学习物理学的知识时,一些物理学概念和规律的了解应该结合物理学史讲清理论的来龙去脉,使学习者能获得一个动态的和积极的学习过程,消除对物理知识的神秘感,这样可以增强思维的灵活性。通过对物理学史的学习,了解物理学家的成败得失,我们还可以增强对物理的兴趣,增强＂细推物理＂的信心。本文以库仑定律为例,结合物理学史,

全球首个软体机器人问世

关键词: 头足类  储液  

章鱼是广为人知的逃脱艺术家,能够挤压自己,进入和绕过它们遇到的任何障碍物。受到这些狡猾头足类动物的启发,研究者首次制造出一个通体柔滑的软体机器人,命名为＂octobot＂。这台手掌大小的机器由硅胶制成。与其他至少包含部分硬质器件（如电池或电线）的软质机器人不同,octobot以一个小型过氧化氢储液槽为燃料。

X射线在天体物理学的应用

关键词: x射线  空间天文学  光学天文学  探测手段  交叉学科  

天体物理学是天文学与物理学的交叉学科,是20世纪自然科学发展的一个极其重要的分支。现代天体物理学的重要探测手段之一是借助射电技术设备接收并研究宇宙天体的辐射。这些辐射按波长可分为若干波段,如无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。按观测的电磁波段可分为光学天文学、射电天文学和空间天文学等。

蓝色叶片帮助植物从阳光中获得额外能量

关键词: begonia  荫生  nature  空间天文学  光学天文学  探测手段  交叉学科  

地球上的生命几乎都依赖于植物将光转化为化学能量的这种能力。进行这种转换的微小工厂是叶绿体,它们原地不动,吸收所有照射到自己身上的光。但是情况也不尽然。英国的一个研究组在《自然植物》（Nature Plants）上报告,发现了一种荫生秋海棠Begonia pavonina,

书林散笔：科学的征程

关键词: something  pleasure  desire  doing  电子书  书林  succeed  weinberg  

We learn how to do science,not by making rules about how to do science,but from the experience of doing science,driven by desire for the pleasure we get when our methods succeed in explaining something.Steven Weinberg一读书是一件对环境要求很低的事情,在像手机和电子书阅读器这类便携式＂书箱＂日益普及的今天,

乌克兰打造“金钟罩”

关键词: 乌克兰  金钟罩  切尔诺贝利  保护罩  核反应堆  拱形结构  国际社会  清洁区  

2016年11月29日，在乌克兰切尔诺贝利，一个新的安全保护罩竣工完成。新的保护罩是先在核电站附近的一个清洁区内建造的，然后整个保护罩通过导轨被运至到机组正上方，覆盖在旧“石棺”之上，用来彻底隔离发生爆炸的4号核反应堆。新安置的保护罩为拱形结构，高108米，长162米，跨度257米，重量达36000吨，具有耐高温、耐腐蚀的特点，此外还能抵...

X光下的动物影像