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  物理--2017, 46 (3)   发布日期: 2017-03-12
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评述

量子保密通讯及经典密码 Hot!

陈锦俊,吴令安,范桁
全文: PDF (3302 KB)   下载:( 305 )
摘要

密码技术的发展经历了古典密码、现代密码和量子密钥分发三个阶段。首颗量子卫星“墨子号”的成功发射,使量子密钥分发技术迈向新里程。文章介绍了密码发展的各个进程,并详细介绍了目前广泛应用的RSA公钥密码系统,以及量子密钥分发使用的BB84协议,E91协议等。文末简要介绍了量子保密通信进展,并对“墨子号”量子科学实验卫星实验任务及重要意义做出解读。

单元素二维原子晶体材料研究进展 Hot!

刘中流,王业亮,高鸿钧
全文: PDF (3743 KB)   下载:( 243 )
摘要

非碳元素构成的二维单质原子晶体材料,具有与石墨烯相似的单层结构和物理性质,对它们的研究有望发掘一些崭新的性能及相关的应用,是当前凝聚态物理及新材料等相关领域的重要研究方向之一。文章详细介绍了近几年发展起来的单一元素所形成的二维原子晶体材料,分别对其结构、物性、应用前景等方面的研究进展进行了综述介绍。

前沿进展

Majorana费米子与拓扑量子计算 Hot!

朱国毅,王瑞蕊,张广铭
全文: PDF (3645 KB)   下载:( 224 )
摘要

1937年,Majorana发现Dirac所提出的相对论性协变的电子波动方程,在另一个表象下所得到解可以描述不带电荷的费米子,具有与Dirac费米子不同的性质。在基本粒子领域,对这种Majorana费米子的寻找至今一直在进行中;而在凝聚态物理领域,对拓扑超导体和分数量子霍尔态的研究,人们已经发现了与Majorana费米子有相同行为的准粒子。特别是在二维拓扑超导体系中出现的涡旋元激发包含了零能量的Majorana准粒子,它们在交换操作下表现出非阿贝尔的统计性质,因而有望借以实现拓扑量子计算。文章系统地介绍了凝聚态物质系统中获得Majorana费米子的理论模型和物理实现,并进一步介绍了与之相关的拓扑量子计算的实现方法。

实验技术

新型强力压电马达及其在恶劣条件下原子成像中的应用 Hot!

陆轻铀
全文: PDF (4284 KB)   下载:( 172 )
摘要

该文针对现有压电马达应用于扫描探针显微镜时,难以在恶劣条件下获得高品质原子分辨率图像的问题,介绍了文章作者近年研制的新型小尺寸大推力压电马达,其中包括:壁虎马达、熊猫马达、金枪鱼马达和蜘蛛马达以及它们的一些压电片叠堆型设计,给出了它们的结构图、实物照片和工作原理。文章还讨论了如何利用它们制成高质量的扫描隧道显微镜(STM)和磁力显微镜(MFM),并特别展示了用这种STM在无隔音、无减震条件下,甚至在强振动干扰的恶劣条件下测得的高清晰原子分辨率图像。虽然这些高品质原子分辨率成像主要是由壁虎马达制成的STM给出的,但金枪鱼马达具有更强的输出推力,具有在更恶劣条件下的应用潜力。蜘蛛马达是一种惯性马达,但能够比传统惯性马达输出更强的推力,所以也具有在恶劣条件下应用的潜力。

研究快讯

超冷原子实验验证量子相变的时空对称性

冯磊
全文: PDF (2074 KB)   下载:( 258 )
摘要

当一个物理系统在发生连续相变的时候,微观尺度的细节不再扮演重要角色,一个宏观尺度的普适理论原则上可以描述相变的物理现象,无论此相变发生在什么具体的物理体系中,例如液氦超流体,液晶,生物细胞膜,超冷原子,甚至于整个宇宙早期的宏观结构[6]。普适性理论对于描述平衡态物理已经取得相当大的成功。然而当系统快速通过相变过程的时候,其演化过程是否也能用一个普适性理论来描述呢?

物理攫英

生命的定律

钱磊
全文: PDF (1889 KB)   下载:( 213 )
摘要

尽管生物具有令人惊叹的多样性,但是生命形式和生命过程受限于在大尺度和小尺度起作用的普适原理。
对生命现象认识的核心是,明确物理定律在何种程度上限定了在所有层次上可能的生物结构。最终,为了正确应对这个挑战,我们可能不得不找到另外的进化过程并进行统计上正确的比较。对可能存在的不寻常生命结构的研究动机大多来自天体生物学,这门科学的研究包括生命如何起源、进化并覆盖了地球表面,以及生命在其他地方是否存在,以什么形式存在。然而,即使没有观测到外星生命,我们仍然能从地球上的进化过程学到很多东西。

量子物理推动机器学习

郜勋、尹璋琦
全文: PDF (1636 KB)   下载:( 281 )
摘要

2016 年3 月,AlphaGo 在五番棋中赢了四盘,打败了世界上最好的棋手之一李世乭。AlphaGo 的成功被认为是人工智能研究的一个里程碑。在围棋中,通过蛮力搜索所有可能的策略从而找出最好的走法是行不通的;落子位置的组合数比宇宙中的原子还要多,而AlphaGo所使用的处理器的计算能力与今天的超级计算机相比还算是轻量级的。其成功的秘密在于和一个特殊的陪练,他自己,进行严格练习。为成为称职的陪练, AlphaGo 的“深度神经网络”参考了包含大约三千万个专业走法的数据库。

神奇的光致微米金箔往复运动

朱星
全文: PDF (1292 KB)   下载:( 150 )
摘要

光的动量可以推动一个物体,然而,热作用力也可以使物体运动。浙江大学仇旻团队发展的一种新实验方法将两者结合,可以灵活地操纵一片金箔在锥形光纤上往复运动。光力(或称动量转移力,momentum transfer)和光热力(photophoretic force)作用方向不同,因而推动金箔前进或后退。这种器件可能用于光产生机械能,或者作为一种微传输系统,在片上实验室(lab-on-a-chip)调控微小的化学过程。

安培的新时代

戴闻
全文: PDF (1440 KB)   下载:( 150 )
摘要

一个精准的量子电流源已被设计,用于根据即将重新定义的国际单位制定标电流。
计量工作者的本性是保守的,他们知道,一个新测量标准的草率采用可能导致科学和商业领域的混乱。因此,国际单位制(SI)自1960年诞生以来,正在经历的第一次重大修订,是一件大事。两年以后,在巴黎的度量衡大会上,官员们将采用一种新的国际单位制,其中每个单位都可以从几个基本常数的固定值中获得。目前,所有的目光都集中在千克原器上:“千克”将不再由一个铂铱合金圆柱体的质量定义,该原器制作于1889 年,并一直保存在巴黎拱顶。然而,电阻和电压标准的进步有点被忽视。事实上,没有这些进步,新的SI 是不可能实现的。新的报告来自Wilfrid Poirier 和他在法国计量测试实验室的同事们。他们把这些电学标准之进步结合在一起,创建了一个基于电子电荷e 的电流源,与原来定义“安培”的方式相反。新电流源,具有前所未有的低的不确定性,将能更好地完成电流定标;以至于与重新定义的SI 保持一致,促进量子计量三角形(quantum metrology triangle)的闭合。

“三·八”国际妇女节专题

只要你想做,总有一扇门为你打开——我的科研成长之路

胡林
全文: PDF (1283 KB)   下载:( 214 )
摘要

“只要你想做,总有一扇门为你打开。”这句发自我内心的人生感悟,与正在为实现梦想而奋斗的同行者共勉!

孤独之前是迷茫,孤独之后是成长

李岳乔
全文: PDF (1324 KB)   下载:( 162 )
摘要

接到编辑部约稿时,你,其实一直在犹豫。一个渺小而平凡的姑娘,一个物理学的初级研究者,凭什么,去谈自己对科研炽烈的热爱;凭什么,去谈自己改造这个世界的梦想?学习物理的梦,对真理的执着,也许仅仅源于一个希冀或恳求——能够让你的灵魂拥有配得上它的精神生活,仅此而已。而这小小的希冀,却支撑你,让你怀揣对神秘自然的崇敬,对浩瀚星空的渴求,在科学探索,格物致知的路上坚定前行。

超导“小时代”

超导“小时代”之十七:朽木亦可雕

罗会仟
全文: PDF (2707 KB)   下载:( 201 )
摘要

1964 年,物理学家Little 基于BCS 理论提出了他的高温超导个人理论预言,在某些具有高度极化悬挂链的导电聚合物中可能存在1000 K 以上的超导电性,因为聚合物不像固体材料那样存在声子能量上限,其分子形状是“柔软”可变的,只要有合适媒介(比如激子)提供电子配对“胶水”,就有希望实现高温超导。理论学家有多大胆,实验学家就有多能干。一般来说,要超导,首先得能导电,但是绝大部分有机物导电性都很差甚至完全绝缘,寻找有机聚合物超导体的希望似乎比较渺茫。然而大家很快就注意到在20 世纪50 年代已经发现了一类有机导体,名称为TCNQ (四氰代对苯醌二甲烷)的有机固体。这类有机导体有几个典型特征:从结构上往往是一维化聚合物;从化学上带有苯环基团;从导电机制上属于电荷转移型,即分子链的某些部分提供电子载流子到另一些部分参与导电。它们往往在低温下由于分子间距变化形成有规律的电荷密度分布——称之为 “电荷密度波”。而TMTSF(四甲基四硒酸富烯)也是电荷转移型准一维有机导体的一种,Bechgaard 本人是首位发现者,这一类材料被命名为“Bechgaard 盐”。与其他一维有机导体中的电荷密度波相变不同的是,(TMTSF)2PF6 在常压下是绝缘体,通过施加压力,会发生绝缘体—金属相变,最后在一万个大气压以上出现超导。有机分子晶体中超导电性的发现, 把超导物理学家们的视野从无机材料拓展到了更为广阔的有机材料之中,令超导的未来十分值得期待。因为TMTSF 家族及其超导电性的发现,Bechgaard 曾被多次提名诺贝尔化学奖,可惜至今无缘获奖。有意思的是,Little 的预言(或称“Little 定理”)并没有严格限定在有机材料之中。出乎意外的是,人们在无机聚合物中同样找到了超导电性,如氮化硫((SN)x,Tc<3 K)和黑磷(Tc=10.7 K,高压P=29 GPa),其临界温度还是很低。更令人振奋的是,2016 年人们发现黑磷具有更优于石墨烯的物理性能,在高压下同时还会出现拓扑半金属态等新颖的量子物态。超导的神奇,真是令人叹为观止!

物理学咬文嚼字

物理学咬文嚼字之八十四:Energy

曹则贤
全文: PDF (2091 KB)   下载:( 256 )
摘要

Energy是物理学的基本概念,却不幸被汉译成了能量。Energy与force,power,work,action,momentum,potential 等概念有着千丝万缕的联系。悟能和悟空一样不容易。

书评和书讯

迟到的巨著——《量子力学》(一、二卷)中文版面世

王义遒
全文: PDF (1459 KB)   下载:( 261 )
摘要

这套《量子力学》(一、二卷)确实与众不同。我的书柜里放着十几本(套)量子力学教材和书籍,但却只有这套书(英文版)在我的案头已近40 年,成为经常参阅的工具书。因为它特别实用。现在有了中文版,我的喜悦之心更不可言表。 
为什么这套书能够做到这样?以下是科恩应我之邀为中国读者写的介绍: 
“本书是三位作者于20 世纪60年代在巴黎大学从事量子力学多年教学之后所写。主要目的在于帮助学生解决他们初涉这门学科时不可避免遇到的困难,并且通过学习对原子分子物理学、量子光学和固体物理学的各种应用,鼓励学生树立掌握量子力学理论的信心。 
正是为了达成这样的目标,构建了本书的总体布局。它由14 章组成,各章都引入了基本概念,并做了详细的讨论。每章后面还有一系列的《补充材料》,用以研习这些基本原理对一些特例的应用。只要有可能,就会将量子力学的结果与经典结论进行比较,以显示量子力学对理解物理世界是非常必要的。 
在第一章里通过简单地同光学类比,普遍与定性地引出了量子观念。然后,不是一步一步地,而是在第二和第三这两章中将基本数学工具和基本假定都集中做了阐述。其他各章节则涵盖了若干量子力学的重要应用,由最简单的二能级系统或简谐振子开始,逐渐进入更为复杂的系统,如氢原子、电子自旋、近似方法,等等。 
我们建议读者首先要研读全部各章。在每章之末读者会找到该章补充材料的阅读指南,其中包含补充材料的目录,以及对其内容、重要性与难易程度的评述。根据各自的兴趣或专业需要,读者可选择自己所需的补充材料来进行阅读。我们希望通过这种方式,为学生或教师提供一本可为各种不同目的,和在各种不同时间阅读的书,它可用来学习基本概念,研究专门的实例,在第一次通体研习一遍之后还可再次更细致地来复习某些课题。”

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