Соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлениям подготовки бакалавров 16.03.01 – «Техническая физика» и по направлениям подготовки магистров 16.04.01 – «Техническая физика». Пособие посвящено теме квантовой природы электромагнитного излучения оптического и рентгеновского диапазонов. Прослеживается эволюция теорий взаимодействия излучения с веществом – от описания спектров равновесного теплового излучения моделью Планка до квантовой электродинамики. Показано, как объяснение новых результатов исследований физиков-экспериментаторов требовало постоянного пересмотра теоретических моделей и все большего отхода от представлений классической физики. Приводится также описание ряда современных приборов (лазеров, спектрометров и др.), принцип действия которых основан на использовании квантовой природы электромагнитного излучения. Издание предназначено для студентов младших курсов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Техническая физика» и смежным специальностям.
Соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлениям подготовки бакалавров 16.03.01 – «Техническая физика» и по направлениям подготовки магистров 16.04.01 – «Техническая физика». Пособие посвящено теме квантовой природы электромагнитного излучения оптического и рентгеновского диапазонов. Прослеживается эволюция теорий взаимодействия излучения с веществом – от описания спектров равновесного теплового излучения моделью Планка до квантовой электродинамики. Показано, как объяснение новых результатов исследований физиков-экспериментаторов требовало постоянного пересмотра теоретических моделей и все большего отхода от представлений классической физики. Приводится также описание ряда современных приборов (лазеров, спектрометров и др.), принцип действия которых основан на использовании квантовой природы электромагнитного излучения. Издание предназначено для студентов младших курсов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Техническая физика» и смежным специальностям.
В пособии рассматриваются дополнительные главы к курсу физики, при решении задач внимание уделяется причинам необходимости появления квантования физических величин в микромире. Задачи разбираются с упором на операторный метод. Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 14.03.01 «Ядерная энергетика и теплофизика», 14.05.02 «Атомные станции: проектирование, эксплуатация и инжиниринг», может быть использовано для студентов, обучающихся по направлениям 03.03.02 «Физика», 01.03.03 «Механика и математическое моделирование», 01.03.02 «Прикладная математика и информатика», 22.03.01 «Материаловедение и технологии материалов», 22.03.02 «Металлургия», 03.04.01_6 «Физика и прикладная математика в науке и образовании», а также предназначено для самостоятельной работы студентов и рекомендуется к использованию преподавателям физики. Пособие рекомендовано к изданию кафедрой физики института физики и математики СПбПУ и подготовлено в рамках поддержки фундаментальных дисциплин.
Работа посвящена методике изучения явления квантовой запутанности в курсе квантовой механики для студентов специальности "физика". Показано, что студентам университетов важно знать о квантовой запутанности, являющейся ключевой частью квантовой механики, поскольку она необходима для понимания различных трактовок квантовой механики и будущих технологий, связанных с этой областью. Эксперименты, проведенные на интерферометре Маха-Цендера, являются одним из множества экспериментов, которые убедили физиков в том, что квантовая механика не может быть описана с точки зрения классической механики. В случае изучаемого явления фотон не следует по одной определенной траектории, а должен описываться в терминах квантовой суперпозиции множества траекторий. Предлагается изучение феномена квантовой запутанности после освоения таких тем, как постулаты квантовой механики, уравнение Шредингера, принцип суперпозиции, проблема измерения, а также после решения известных традиционных задач, касающихся квазиклассического случая. Эти темы создают необходимый фон и мотивацию для понимания концепции запутанности и её последствий для квантовых систем. В качестве экспериментальной техники предлагается демонстрация работы самого простого интерферометра Маха-Цендера, изготовленного фирмой LD Didactic GmbH. Для компьютерной демонстрации изучаемого явления используется система компьютерной алгебры Mathematica и продукты фирмы Wolfram. В результате этого становится возможным наглядно показать, что квантовые частицы могут находиться в состоянии суперпозиции, и, таким образом, используемый интерферометр является мощным инструментом для выявления фундаментальной природы квантовой механики.
Среди всех физических теорий квантовая механика считается наиболее полным и глубоким описанием физического мира. Используемый ей понятийный аппарат существенно отличается от представлений классической физики. В самом деле, переход от классической к квантовой физике знаменует подлинную революцию в нашем понимании материального мира. Одно из наиболее ярких различий между классической и квантовой физикой состоит в следующем: классическая механика предполагает, что всем физическим величинам в одно и то же время могут быть приписаны точные значения, тогда как квантовая механика отрицает эту возможность. Хрестоматийный пример положение и импульс частицы. Согласно квантовой механике, чем точнее известна координата частицы, тем менее точно можно сказать, каков ее импульс (и наоборот). Такова упрощенная и предварительная формулировка принципа неопределенности положения и импульса в квантовой механике. Данный принцип сыграл важную роль во многих дискуссиях на тему философского значения квантовой механики, в особенности в дебатах по поводу согласованности т.н. копенгагенской интерпретации, которой придерживались основоположники квантовой механики Вернер Гейзенберг и Нильс Бор. Несомненно, принцип неопределенности вовсе не является единственным концептуальным различием между классической и квантовой физикой: представление квантовой механики о таких понятиях, как (не)локальность, запутанность и тождественность, полностью переворачивают классические воззрения на природу.
Оптические волноводы являются основой современных интегрированных фотонных квантовых технологий. Процессы распространения света в оптических волноводах позволяют реализовывать квантовые вычисления и бозонные квантовые симуляции. Тем не менее для дальнейшего усовершенствования фотонных квантовых приборов необходимо точное математическое описание квантовой динамики в волноводах. В работе рассмотрен двухслойный массив оптических волноводов и найдены точные аналитические выражения для гамильтониана системы и его параметров. Результаты получены как в приближении идеальных волноводов, так и в случае декогеренции излучения в них.
Методами неравновесной квантовой статистической механики смоделирован и исследован процесс высокочастотной флуоресценции двухуровневой открытой квантовой системы, обладающей постоянным электрическим дипольным моментом и взаимодействующей с нерезонансным импульсом монохроматического электромагнитного (лазерного) поля. Исследованная система может быть реализована посредством одноэлектронной асимметричной полупроводниковой квантовой точки, обладающей неравными диагональными матричными элементами оператора электрического дипольного момента в основном и возбужденном квантовых состояниях. Квантовая точка непрерывно возбуждается посредством некогерентной накачки и взаимодействует с диссипативным окружением, а также с амплитудно-модулированным импульсом, несущая частота которого намного меньше частоты оптического перехода квантовой точки. Получено явное выражение для зависящего от времени спектра интенсивности флуоресценции как функции амплитуды, длительности, фазы и частоты несущего монохроматического поля прямоугольного импульса, а также интенсивности накачки и времени наблюдения. Показано, что импульс сам по себе не вносит сколько-нибудь заметного энергетического вклада в интенсивность флуоресценции, а скорее способствует распределению энергии некогерентной накачки по совокупности спектральных пиков, которые возникают под воздействием этого импульса вместо единственного спектрального пика флуоресценции, наблюдаемого до прихода импульса и после его прохождения.
Пособие посвящено изучению фундаментальных вопросов квантовой механики и описанию принципиально нового типа вычислений – квантовых вычислений. Представлены фундаментальные постулаты квантовой механики и даны основы квантовых вычислений с применением квантовых симуляторов. Для специалистов в различных областях теоретической и экспериментальной физики, медицинской биофизики, информатики и компьютерного моделирования, аспирантов и студентов вузов естественнонаучных и физико-технических направлений подготовки.