Дж. Гринштейн и А. Зайонц
Квантовый вызов
Современные экспериментальные исследования
основ квантовой механики
Оглавление
Глава 1. Волны материи
1.1 Эксперимент
1.2 Второй эксперимент
1.3 Локальность
1.4 Вслед за электроном
Нейтроны
Атомы
Бозе-эйнштейновские конденсаты
Эксперимент
1.5 Квантовая теория интерференции на двух щелях
1.6 Критический анализ квантового описания
Глава 2. Фотоны
2.1 Существуют ли фотоны?
Детектирование и квант света
Фотоэлектрический эффект
Антисовпадения
Эксперимент Ханбери-Брауна и Твисса
Наконец фотоны
2.2 Корпускулярно-волновой дуализм для одиночных фотонов
Загадка корпускулярно-волнового дуализма
Отложенный выбор
Глава 3. Принцип неопределенности
3.1 Эксперимент Пфлигора-Менделя
Два лазера, один фотон
Принцип неопределенности Гейзенберга
Неопределенность в эксперименте Пфлигора-Менделя
3.2 Размышления о принципе неопределенности
Квантовая неопределенность и классическая неизвестность
Интерпретация принципа неопределенности
Принцип неопределенности и причинность
Принцип неопределенности и описание природных явлений
3.3 Некоторые следствия принципа неопределенности
Атомы
Ядра
Траектории
3.4 Соотношение неопределенностей энергия – время
Параметры системы в целом
Время жизни и ширина линии
Стандарты времени и частоты
Еще о причинности: принцип неопределенности и неоднозначность во времени
Происхождение соотношения неопределенности энергия – время
3.5 Сжатый свет и обнаружение гравитационных волн
Гравитационные волны
Сжатые состояния простого гармонического осциллятора
Сжатые состояния света
3.6 Квантовые неразрушающие измерения
Последействие и гравитационные волны
Наблюдение фотона без его уничтожения
Глава 4. Принцип дополнительности
4.1 Открытие Бором принципа дополнительности
Комо, 1927 год
4.2 Эйнштейн атакует принцип дополнительности
Солвеевские конференции: дополнительность между информацией о пути движения частицы и интерференцией
Дополнительность в соотношении неопределенностей энергия – время
4.3 Новая парадигма: информация
Квантовые биения
Теория квантовых биений: дополнительность
Ортогональность и роль информации в явлении квантовых биений
Неполная информация
4.4 Является ли принцип дополнительности следствием принципа неопределенности?
Эксперимент
Эффект Ааронова – Бома
Изменение импульса в интерференционных экспериментах
Квантовое изменение импульса
4.5 Заключительные замечания
Глава 5. ЭПР парадокс и теорема Белла
5.1 ЭПР парадокс
Аргументация
Локальность
Реальность и скрытые параметры
5.2 Теорема БКС и контекстуальность
Краткое изложение доказательства БКС
5.3 Теории скрытых параметров
Простой пример теории скрытых параметров
5.4 Теорема Белла
Доказательство теоремы Белла
«Механизм локальной реальности» Мермина
Глава 6. Проверка неравенств Белла: перепутанные состояния
6.1 Проверки неравенств Белла
Ранние работы
Перепутанные состояния двух фотонов
Линейная поляризация
Эксперименты Аспекта
6.2 Нелокальная теория скрытых параметров Бома
6.3 Парадоксальность ЭПР корреляций
6.4 Нарушает ли квантовая нелокальность принцип теории относительности?
6.5 Квантовая нелокальность: новый источник и новый эксперимент
6.6 Теорема Гринбергера-Хорна-Цейлингера
Квантовый анализ
Анализ локального реализма
Экспериментальная проверка
6.7 Краткое обсуждение квантовой нелокальности
Глава 7. Шредингеровский кот
7.1 В чем парадокс Шредингеровского кота?
7.2 Суперпозиция и смешивание состояний: более формальное изложение парадокса Шредингеровского кота
7.3 Продолжение обсуждения различия между суперпозицией и смешиванием состоянияй
7.4 Почему квантовое поведение не наблюдается в макроскопическом мире?
Интерференция
Принцип неопределенности
Квантовое туннелирование
7.5 Декогеренция
7.6 Наблюдение декогеренции
7.7 Наблюдение макроскопического квантового поведения в лаборатории
Условия существования макроскопического квантового поведения
Макроскопическое квантовое туннелирование: СКВИД, сверхпроводящее квантовое интерференционное устройство
Макроскопическая квантовая когерентность
Микроскопический аналог
Глава 8. Измерение
8.1 Проблема измерений
Коллапс волновой функции
Описывается ли коллапс волновой функции уравнением Шредингера?
Квантовая теория измерений: бесконечный регресс
Окончание бесконечного регресса: постулат о проецировании
8.2 Активный характер процесса измерения в квантовой механики Смешивание и суперпозиция состояний
В каком состоянии находится фотон, возникший при релаксации атома?
Квантовый эффект Зенона
8.3 Попытки разрешить проблему измерений
Маленький детектор и большой детектор: декогеренция
Может ли декогеренция решить проблему измерений?
Процесс декогеренции может быть обратимым
Когерентность может быть восстановлена: квантовый ластик
Глава 9.
Квантовая информация и квантовые вычисления
9.1 Биты и кубиты
9.2 Квантовая криптография
Передача квантового ключа посредством единичной частицы, находящейся в суперпозиции состояний
Передача квантового ключа посредством перепутанных состояний
9.3 Квантовая телепортация
Квантовая информация не может быть прочитана
Квантовая телепортация
Экспериментальная реализация квантовой телепортации
9.4 Квантовые вычисления: алгоритм Дойча-Джозса
Аналогия
Проблема Дойча-Джозса
Логические операции на квантовых регистрах
Алгоритм Дойча-Джозса
Логические операции и Uf
Модельный квантовый компьютер
Реальный квантовый компьютер
9.5 Краткое обсуждение проблемы квантовых устройств
Что описывает квантовый формализм?
(Дополнения редакторов перевода)
Глава 10.
В чем значение работ Белла?
10.1 История квантовой механики и ее интерпретаций
История формирования квантового формализма
Дискуссия об интерпретации квантовой механики
Триумф квантового формализма
Интерпретация в терминах скрытых переменных Бома
Многомировая интерпретация Эверетта
10.2 Теоремы фон Неймана и Белла о невозможности реалистической интерпретации квантовой механики
Что такое скрытые параметры?
В чем ошибка фон Неймана?
Пример реалистической интерпретации в терминах скрытых параметров
Квантовая суперпозиция и скрытые параметры
10.3 Почему ЭПР парадокс является парадоксом
Суть спора между Эйнштейном и Бором
Что описывает квантовая теория?
Что выявляют результаты измерений?
Отсутствие реальности или реальная нелокальность
10.4 После Белла. Попытки решить проблему интерпретации
Инструментализм
Статистическая интерпретация
Транзакционная интерпретация
Информационно-теоретическая интерпретация
Вероятностно - контекстуальная интерпретация
Почему следует понимать проблему интерпретации квантовой механики
10.5 Скрытые параметры и проблема создания квантового компьютера
Когда возможен квантовый параллелизм?
Идея квантовых вычислений и нарушение реализма
Описание идеи и проблема ее практической реализации
Где предполагается проводить квантовые вычисления?
Глава 11.
Что описывает волновая функция?
11.1 Случай интерференции на двух щелях
Наблюдение интерференции макромолекул
Можно ли наблюдать интерференцию мяча?
Экспериментальная проверка принципа неопределенности Гейзенберга для горячих молекул фуллерена
Еще один вызов принципу неопределенности в мысленном эксперименте
11.2 Проблема измерений – главная проблема квантового формализма
Логический разрыв между квантовым описанием и результатами измерений
Основные парадоксы как следствие постулата о коллапсе волновой функции
11.3 Информационно-теоретическая интерпретация волновой функции
ЭПР парадокс и «запутанность знаний» Шредингера
Информационная интерпретация и интерференционные эксперименты с запутанными частицами
Коллапс волновой функции как изменение наших знаний
Чьих знаний?
Глава 12.
Различия в применении квантового формализма на атомном и макроскопическом уровнях
12.1 Макроскопические квантовые явления
Сверхпроводимость и сверхтекучесть
Эффект Мейснера, первое макроскопическое квантовое явление
Теория Гинзбурга-Ландау и Ф. Лондон постулируют квантование в сверхпроводниках
Эффекты квантования в сверхпроводниках
12.2 Волновая функция, описывающая сверхпроводящее состояние
Теория Гинзбурга-Ландау
Квантовые явления в сверхпроводниках и волновая функция
Квантование Бора-Зоммерфельда в атоме и сверхпроводящем кольце
Возможна ли информационная интерпретация волновой функции Гинзбурга-Ландау?
12.3 Различие наших возможностей на атомном и макроскопическом уровнях
Принцип невозможности невозмущающего измерения
Возможность переключения сверхпроводящего кольца между состояниями с различной связностью волновой функции
Мысленный эксперимент
Наблюдение квантовых осцилляций постоянного напряжения
Почему не затухает устойчивый ток в кольцах с ненулевым сопротивлением?
Квантовая сила
12.4 Нарушение симметрии между противоположными направлениями
Логическая сложность, связанная с моделью атома, предложенной Бором
Имеет ли устойчивый ток направление?
Экспериментальная очевидность нарушения симметрии между противоположными направлениями вследствие квантования Бора
Принципиальное различие между системой из храповика и собачки и квантованием Бора
12.5 Эффект Ааронова-Бома в интерференционном эксперименте и в
сверхпроводниковых структурах
Эффект Ааронова-Бома как очевидное следствие квантового формализма
Эффект Ааронова-Бома и квантовый потенциал Бома
Квантовый потенциал и квантовая сила
12.6 Доказано ли существование суперпозиции макроскопических квантовых состояний?
Можно ли доказать нарушение реализма экспериментами на системе с двумя состояниями?
Частица со спином 1/2 и сверхпроводящее кольцо
Существуют ли два состояния в кольце с половиной кванта потока?
Приложение
Эксперименты для студенческой лаборатории