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Idealization Second Quantization of Composite Particles

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Communications in Theoretical Physics 2001年第11期36卷 525-530页

作者： ZHOU Duan-Lu YU Si-Xia sun chang-pu Institute of Theoretical Physics Academia SinicaBeijing 100080China Institute of Theoretical PhysicsAcademia SinicaBeijing 100080China Institute of Theoretical PhysicsAcademia SinicaBeijing 100080China

A practical method is developed to deal with the second quantization of the many-body system containing the composite *** our treatment,the modes associated with composite particles are regarded approximately as independent ones compared with those of unbound *** field operators of the composite particles thus arise naturally in the second quantization *** be emphasized,the second quantization Hamiltonian has the regular structures which correspond clearly to different physical processes.

关键词： second quantization,composite particles

One Hair Postulate for Hawking Radiation as Tunneling Process

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Communications in Theoretical Physics 2014年第3期61卷 289-292页

作者： DONG Hui CAI Qing-Yu LIU Xu-Feng sun chang-pu Institute of Theoretical Physics Chinese Academy of Science Beijing 100190 China State Key Laboratory of Magnetic Resonances and Atomic and Molecular Physics Wuhan Institute of Physics andMathematics Chinese Academy of Sciences Wuhan 430071 China Department of Mathematics Peking University Beijing 100871 China

For Hawking radiation, treated as a tunneling process, the no-hair theorem of black hole together with the law of energy conservation is utilized to postulate that the tunneling rate only depends on the external qualities(e.g., the mass for the Schwarzschild black hole) and the energy of the radiated particle. This postulate is justified by the WKB approximation for calculating the tunneling probability. Based on this postulate, a general formula for the tunneling probability is derived without referring to the concrete form of black hole metric. This formula implies an intrinsic correlation between the successive processes of the black hole radiation of two or more particles. It also suggests a kind of entropy conservation and thus resolves the puzzle of black hole information loss in some sense.

关键词： tunneling formulism modified probability correlation entropy conservation black hole

当代理论物理发展趋势之我见——杨振宁学术思想启发的若干思考

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物理学报 2022年第1期71卷 1-10页

作者：孙昌璞中国工程物理研究院研究生院北京100193 北京计算科学研究中心北京100193

欣逢杨振宁先生百年诞辰,已有不少文章总结了杨先生对当代物理学发展的重要科学影响.笔者认为,作为当代最伟大的理论物理学家之一,杨先生不仅以诸多具体的科学贡献推动了当代物理学革命性的进步,而且其独特的科学风格在国际学术界独树一... 详细信息

欣逢杨振宁先生百年诞辰,已有不少文章总结了杨先生对当代物理学发展的重要科学影响.笔者认为,作为当代最伟大的理论物理学家之一,杨先生不仅以诸多具体的科学贡献推动了当代物理学革命性的进步,而且其独特的科学风格在国际学术界独树一帜,其学术思想更是深邃隽永、对中国和世界的物理学发展有长远的启发作用.笔者将结合学习杨振宁科学思想的体会,联系自己在理论物理研究方面的科学实践(包括在1992—1994年跟随杨先生对量子开系统、超导相变和冷原子物理方面的探索),对当代理论物理发展趋势提出一些个人的看法.文章将通过具体实例,阐述为什么要做"美或有用"的理论物理;为什么基本物理的理论在一段时间内可以与直接的实验验证保持距离?对于后者,本文还从科学方法论(哲学)的角度就理论预言与实验证实的关系进行较为深入的讨论.着眼于"有用"的理论物理-应用理论物理,笔者强调了国家需求驱动的科学研究与自由探索一样,也会导致基础物理的重要突破.

关键词：杨振宁理论物理发展趋势科学风格

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介观统计热力学理论与实验

物理学报 2023年第23期72卷 108-125页

作者：全海涛董辉孙昌璞北京大学物理学院北京100871 中国工程物理研究院研究生院北京100193

对于只有有限自由度的介观小系统,传统的热力学定律是否成立?温度、熵、做功、传热、等温过程、Carnot循环这些概念还是否有效?是否需要对原来适用于宏观系统的传统热力学理论进行修改或扩充、以适用于这样的小系统?在过去近20年里,我... 详细信息

对于只有有限自由度的介观小系统,传统的热力学定律是否成立?温度、熵、做功、传热、等温过程、Carnot循环这些概念还是否有效?是否需要对原来适用于宏观系统的传统热力学理论进行修改或扩充、以适用于这样的小系统?在过去近20年里,我们深入研究了在介观小系统和量子系统中热力学基本概念的推广(例如什么是量子等温过程)以及基本热力学定律的适用性问题.研究表明,在系综平均意义上热力学定律仍然适用于小系统;考虑了Maxwell妖的信息擦除功耗后,热力学第二定律不会被违反;“小系统”的统计热力学具有一些新的特性,由于系统和环境之间的耦合不可忽略,有限系统的平衡态分布偏离正则系综,这可以描述诸如黑洞等小系统的辐射关联及其信息丢失现象;在任意远离平衡的情况下,热力学量的涨落变得十分显著,并且热力学量的分布函数满足一些严格成立的恒等式.这些恒等式定义了所谓的涨落定理,由此通过测量非平衡过程的物理量(如功分布)可以获得平衡过程的物理量相对值(如自由能差等).此外,尽管量子属性和信息论的考虑为统计热力学带来一些有别于经典和传统的特性,有助于理解Gibbs佯谬和Maxwell妖等基本问题,但需要指出的是,量子热机和信息辅助热机的效率并没有超越经典热机.随着在小系统中引入运动方程,热力学和力学之间的联系变得更加紧密,能够从第一性原理出发研究非平衡过程的能量耗散和热机的功率、效率优化及其最优调控微分几何化等问题.在对具体热循环过程熵产生问题的研究中,对得到的功率-效率约束关系进行了系统性的实验检验.

关键词：随机热力学有限时间热力学量子热力学非正则热化

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量子力学诠释问题

物理 2017年第8期46卷 481-496页

作者：孙昌璞中国工程物理研究院研究生院北京100193 北京计算科学研究中心北京100193

量子力学的建立不仅奠定了当代科学的基础,而且在推动当代技术革命方面取得了惊人的成功。然而,对于量子力学诠释(interpretation of quantum mechanics)——理解波函数如何刻画微观世界,人们迄今为止并未形成共识。量子力学发展的这种... 详细信息

量子力学的建立不仅奠定了当代科学的基础,而且在推动当代技术革命方面取得了惊人的成功。然而,对于量子力学诠释(interpretation of quantum mechanics)——理解波函数如何刻画微观世界,人们迄今为止并未形成共识。量子力学发展的这种二元状态不仅带来了认识论方面的误导,而且依据备受争议的哥本哈根诠释建立起来的量子技术会有许多根本性问题。量子力学的哥本哈根诠释存在二元结构的问题:微观世界的运动用量子力学描述,是一个幺正演化,而观察或测量却依赖于量子系统外部的经典世界(仪器、观察者、环境),表现出来的波包塌缩是非幺正的。为此,包括爱因斯坦、薛定谔、温伯格等在内的一些著名学者对哥本哈根诠释提出了尖锐的批评。80年过去了,为克服量子力学的哥本哈根诠释二元论困境,人们提出各种各样的量子力学诠释,包括多世界诠释、量子退相干诠释、自洽历史诠释以及量子达尔文主义等。文章将简要介绍和评述这些量子力学诠释的基本思想、它们之间的逻辑关系及其实验检验的可能性。进一步澄清量子力学诠释中的基本概念,可以避免量子观念滥用导致的意识论上的问题和量子技术发展误入歧途。

关键词：量子力学诠释二元结构哥本哈根诠释多世界诠释量子退相干自洽历史量子达尔文主义

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量子开系统理论及其应用

物理 2010年第1期39卷 1-8页

作者：孙昌璞中国科学院理论物理研究所北京100190

量子物理是当代科学发展的基石,多次引发高技术革命.它与信息科学结合,产生了交叉学科——量子信息,为突破计算机芯片的尺度极限提供了全新的解决思路.自1987年起,文章作者及其合作者对量子开系统理论、量子退相干及其相关的量子物理基... 详细信息

量子物理是当代科学发展的基石,多次引发高技术革命.它与信息科学结合,产生了交叉学科——量子信息,为突破计算机芯片的尺度极限提供了全新的解决思路.自1987年起,文章作者及其合作者对量子开系统理论、量子退相干及其相关的量子物理基本问题进行了系统的探索,契合了最近10年量子信息研究的快速发展.文章首先结合上世纪70年代末彭桓武先生关于量子开系统(阻尼谐振子的量子化)的重要研究工作,介绍了量子开系统的基本概念及其研究的科学意义,同时简略介绍了文章作者及其合作者在量子开系统理论及其在量子信息应用方面的系列研究工作.

关键词：量子开系统量子退相干量子测量量子信息

合理运用市场机制,实现基础研究多元化协同支持

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科学与社会 2020年第4期10卷 5-8页

作者：孙昌璞中国工程物理研究院研究生院

焦点:对于不同类型的基础研究,国家的支持应有所侧重。政府不应不加区别地一味重资投入和支持所有类型的基础研究。分类支持基础研究,政府应着重于“捅破天、扎到根”的大事,而不是分散支持力量包揽一切,做了本该企业和市场做的事。在... 详细信息

焦点:对于不同类型的基础研究,国家的支持应有所侧重。政府不应不加区别地一味重资投入和支持所有类型的基础研究。分类支持基础研究,政府应着重于“捅破天、扎到根”的大事,而不是分散支持力量包揽一切,做了本该企业和市场做的事。在企业能够发挥决定性作用的领域,国家应通过政策和市场机制协同,引导企业加大对基础研究投入,鼓励企业开展研发活动来提升我国关键核心技术水平。实现基础研究的多元协同支持是解决当前“卡脖子”问题的关键。

关键词：研发活动不加区别多元协同市场机制合理运用分类支持关键核心技术基础研究投入

雷达启发的强激光啁啾脉冲技术——军事需求催生基础研究的一个典型案例

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物理 2019年第1期48卷 1-8页

作者：王旭孙昌璞中国工程物理研究院研究生院北京100193 北京计算科学研究中心北京100193

基础研究前沿领域大多来自人们对自然规律的自由探索,然而国家需求、特别是战时的特殊需求往往也会导致基础研究特色新生的领域,其中的科学思想和技术方法更容易催生颠覆性科技创新。2018年诺贝尔物理学奖颁发给了雷达启发的"啁啾脉冲技... 详细信息

基础研究前沿领域大多来自人们对自然规律的自由探索,然而国家需求、特别是战时的特殊需求往往也会导致基础研究特色新生的领域,其中的科学思想和技术方法更容易催生颠覆性科技创新。2018年诺贝尔物理学奖颁发给了雷达启发的"啁啾脉冲技术"正是这方面的典型案例。雷达是"二战"时期最重要的军事需求之一。一方面,雷达发射源的新技术探索,导致从微波激射器到激光一系列的原创性的基础研究和技术突破,如原子的激光冷却技术;基于激光的光纤通信技术更是改变了现代人类的生活方式。另一方面,雷达系统的啁啾脉冲技术被应用于光学领域,突破了产生强激光的技术瓶颈;而强激光的出现又催生了一些全新的基础研究领域,如惯性约束核聚变。文章将通过从雷达到激光及啁啾脉冲技术历史发展中的关键技术介绍,展示战略需求对基础研究诞生的牵引性作用。

关键词：雷达啁啾脉冲技术强激光

通用量子计算机和容错量子计算——概念、现状和展望

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物理 2019年第8期48卷 477-487页

作者：李颖孙昌璞中国工程物理研究院研究生院北京100193 北京计算科学研究中心北京100193

量子计算技术近年来快速发展并受到广泛关注。文章将介绍一些量子计算的基本概念、现状以及远期和近期的主要挑战,使读者可以更准确地理解一些新近的进展,避免误解。通用量子计算机的主要应用之一是破解RSA密码。没有量子纠错,我们很难... 详细信息

量子计算技术近年来快速发展并受到广泛关注。文章将介绍一些量子计算的基本概念、现状以及远期和近期的主要挑战,使读者可以更准确地理解一些新近的进展,避免误解。通用量子计算机的主要应用之一是破解RSA密码。没有量子纠错,我们很难实现密码破解规模的量子计算。因此,量子计算技术的一大挑战是如何实现有量子纠错保护的量子计算,也就是容错量子计算。通过介绍现有的实验技术,将发现目前已经可以在实验中实现错误率低于容错阈值的量子门,但容错量子计算离实际应用还有距离。主要的困难在于,量子容错需要数量巨大的低错误率的量子比特,超出了现有技术能达到的水平,需要进一步的发展。有噪声中等规模量子计算有可能在近期内成为现实,目前仍有一些理论和技术方面的瓶颈问题需要深入研究。在看到量子计算技术巨大潜在价值和长足进步的同时,有必要了解有哪些亟需解决的问题,直面关键、攻坚克难。

关键词：通用量子计算机容错量子计算有噪声中等规模量子计算