Scholar Hub/Chủ đề/#lượng tử/
Lượng tử là đơn vị nhỏ nhất không thể chia cắt của một đại lượng vật lý như năng lượng, ánh sáng, đóng vai trò nền tảng trong cơ học lượng tử. Cơ học lượng tử nghiên cứu cách vật chất và năng lượng hành xử ở cấp độ nguyên tử, nơi các hiện tượng diễn ra rời rạc và mang tính xác suất.
Lượng tử là gì?
Lượng tử (quantum) là đơn vị nhỏ nhất không thể chia cắt của một đại lượng vật lý, chẳng hạn như năng lượng hoặc ánh sáng. Khái niệm này là nền tảng của cơ học lượng tử, một lĩnh vực vật lý nghiên cứu hành vi của vật chất và năng lượng ở cấp độ nguyên tử và hạ nguyên tử. Thuật ngữ "lượng tử" bắt nguồn từ tiếng Latin "quantus", có nghĩa là "bao nhiêu". Sự ra đời của khái niệm này đánh dấu bước ngoặt trong việc hiểu và mô tả thế giới vi mô, nơi các hiện tượng không tuân theo các quy luật cổ điển mà chúng ta quen thuộc.
Cơ học lượng tử: Nền tảng và nguyên lý
Cơ học lượng tử mô tả các hiện tượng xảy ra ở quy mô vi mô mà cơ học cổ điển không thể giải thích. Dưới đây là một số nguyên lý cơ bản:
- Chồng chập lượng tử (Quantum Superposition): Một hạt có thể tồn tại đồng thời ở nhiều trạng thái cho đến khi được đo lường. Điều này có nghĩa là trước khi quan sát, chúng ta không thể xác định chính xác trạng thái của hạt.
- Vướng víu lượng tử (Quantum Entanglement): Hai hạt có thể liên kết với nhau sao cho trạng thái của một hạt ảnh hưởng tức thì đến trạng thái của hạt kia, bất kể khoảng cách giữa chúng. Hiện tượng này đã được chứng minh qua các thí nghiệm và là cơ sở cho các ứng dụng như truyền thông lượng tử.
- Nguyên lý bất định Heisenberg: Không thể đồng thời xác định chính xác vị trí và động lượng của một hạt. Công thức biểu diễn nguyên lý này là: , trong đó là độ bất định về vị trí, là độ bất định về động lượng, và là hằng số Planck rút gọn.
- Lượng tử hóa năng lượng: Năng lượng của các hệ thống vi mô chỉ có thể tồn tại ở các mức rời rạc. Ví dụ, năng lượng của electron trong nguyên tử hydro được xác định bởi phương trình: , trong đó là số lượng tử chính.
Các nguyên lý này đã được xác nhận qua nhiều thí nghiệm và là cơ sở cho sự phát triển của nhiều công nghệ hiện đại.
Ứng dụng của cơ học lượng tử
Cơ học lượng tử không chỉ là lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn:
- Điện tử và công nghệ thông tin: Sự phát triển của transistor, laser, và các thiết bị bán dẫn đều dựa trên nguyên lý lượng tử. Những công nghệ này là nền tảng cho máy tính, điện thoại di động và nhiều thiết bị điện tử khác.
- Y học: Công nghệ chụp cộng hưởng từ (MRI) và các kỹ thuật hình ảnh khác sử dụng hiện tượng lượng tử để tạo ra hình ảnh chi tiết của cơ thể, giúp chẩn đoán và điều trị bệnh hiệu quả hơn.
- Máy tính lượng tử: Sử dụng qubit thay vì bit truyền thống, máy tính lượng tử có khả năng xử lý thông tin vượt trội trong các bài toán phức tạp. Các công ty như IBM, Google và Microsoft đang đầu tư mạnh mẽ vào lĩnh vực này để phát triển các hệ thống máy tính lượng tử thực tế.
- Mật mã lượng tử: Đảm bảo an toàn thông tin bằng cách sử dụng các nguyên lý lượng tử để phát hiện và ngăn chặn việc nghe lén. Phân phối khóa lượng tử (QKD) là một ví dụ điển hình, cho phép hai bên chia sẻ khóa mã hóa một cách an toàn tuyệt đối.
Thách thức và triển vọng
Mặc dù cơ học lượng tử đã đạt được nhiều thành tựu, vẫn còn nhiều thách thức cần vượt qua:
- Khó khăn trong việc trực quan hóa: Các hiện tượng lượng tử thường trái ngược với trực giác và kinh nghiệm hàng ngày, khiến việc giảng dạy và học tập trở nên khó khăn.
- Vấn đề đo lường: Việc đo lường trong cơ học lượng tử có thể ảnh hưởng đến trạng thái của hệ thống, gây khó khăn trong việc xác định chính xác các thông số.
- Phát triển công nghệ: Việc xây dựng và duy trì các hệ thống lượng tử, như máy tính lượng tử, đòi hỏi điều kiện môi trường cực kỳ khắt khe, như nhiệt độ gần độ không tuyệt đối và môi trường không có nhiễu loạn.
Tuy nhiên, với sự tiến bộ không ngừng trong nghiên cứu và công nghệ, cơ học lượng tử hứa hẹn sẽ mở ra nhiều cơ hội mới trong tương lai.
Đọc thêm
Nhiệt hoá học hàm mật độ. III. Vai trò của trao đổi chính xác Dịch bởi AI Journal of Chemical Physics - Tập 98 Số 7 - Trang 5648-5652 - 1993
Mặc dù lý thuyết hàm mật độ Kohn–Sham với các hiệu chỉnh gradient cho trao đổi-tương quan có độ chính xác nhiệt hoá học đáng kể [xem ví dụ, A. D. Becke, J. Chem. Phys. 96, 2155 (1992)], chúng tôi cho rằng việc cải thiện thêm nữa là khó có thể xảy ra trừ khi thông tin trao đổi chính xác được xem xét. Các lý lẽ hỗ trợ quan điểm này được trình bày và một hàm trọng số trao đổi-tương quan bán t...... hiện toàn bộ #Kohn-Sham #hàm mật độ #trao đổi-tương quan #mật độ quay-lực địa phương #gradient #trao đổi chính xác #năng lượng phân ly #thế ion hóa #ái lực proton #năng lượng nguyên tử
Đánh giá các mô hình phương trình cấu trúc với biến không thể quan sát và lỗi đo lường Dịch bởi AI Journal of Marketing Research - Tập 18 Số 1 - Trang 39-50 - 1981
Các bài kiểm tra thống kê được sử dụng trong phân tích các mô hình phương trình cấu trúc với các biến không thể quan sát và lỗi đo lường được xem xét. Một nhược điểm của bài kiểm tra chi bình phương thường được áp dụng, ngoài các vấn đề đã biết liên quan đến kích thước mẫu và sức mạnh, là nó có thể chỉ ra sự tương ứng ngày càng tăng giữa mô hình giả thuyết và dữ liệu quan sát được khi cả ...... hiện toàn bộ Ước lượng nồng độ cholesterol lipoprotein có tỷ trọng thấp trong huyết tương mà không sử dụng thiết bị siêu ly tâm chuẩn bị Dịch bởi AI Clinical Chemistry - Tập 18 Số 6 - Trang 499-502 - 1972
Tóm tắt Một phương pháp ước tính hàm lượng cholesterol trong phần lipoprotein có tỷ trọng thấp của huyết thanh (Sf0-20) được trình bày. Phương pháp này bao gồm các phép đo nồng độ cholesterol toàn phần trong huyết tương khi đói, triglyceride và cholesterol lipoprotein có tỷ trọng cao, không yêu cầu sử dụng thiết bị siêu ly tâm chuẩn bị. So sánh quy trình được đề xu...... hiện toàn bộ #cholesterol; tổng cholesterol huyết tương; triglyceride; cholesterol lipoprotein mật độ cao; lipoprotein mật độ thấp; phép đo không cần siêu ly tâm; hệ số tương quan; huyết thanh; phương pháp không xâm lấn
Phân Tích Chính Xác Năng Lượng Tương Quan Điện Tử Phụ Thuộc Spin cho Các Tính Toán Mật Độ Spin Địa Phương: Phân Tích Phê Phán Dịch bởi AI Canadian Journal of Physics - Tập 58 Số 8 - Trang 1200-1211 - 1980
Chúng tôi đánh giá các hình thức gần đúng khác nhau cho năng lượng tương quan trên mỗi phần tử của khí điện tử đồng nhất có phân cực spin, những hình thức này đã được sử dụng thường xuyên trong các ứng dụng của xấp xỉ mật độ spin địa phương vào chức năng năng lượng trao đổi-tương quan. Bằng cách tính toán lại chính xác năng lượng tương quan RPA như là một hàm của mật độ điện tử và phân cực...... hiện toàn bộ #khí điện tử đồng nhất #phân cực spin #xấp xỉ mật độ spin địa phương #năng lượng tương quan #nội suy Padé #Ceperley và Alder #tương quan RPA #từ tính #hiệu chỉnh không địa phương
Các phương pháp quỹ đạo phân tử tự nhất quán. XX. Một tập hợp cơ sở cho hàm sóng tương quan Dịch bởi AI Journal of Chemical Physics - Tập 72 Số 1 - Trang 650-654 - 1980
Một tập hợp cơ sở Gaussian loại thu gọn (6-311G**) đã được phát triển bằng cách tối ưu hóa các số mũ và hệ số ở cấp độ bậc hai của lý thuyết Mo/ller–Plesset (MP) cho trạng thái cơ bản của các nguyên tố hàng đầu tiên. Tập hợp này có sự tách ba trong các vỏ valence s và p cùng với một bộ các hàm phân cực chưa thu gọn đơn lẻ trên mỗi nguyên tố. Tập cơ sở được kiểm tra bằng cách tính toán cấu ...... hiện toàn bộ #cơ sở Gaussian thu gọn #tối ưu hóa số mũ #hệ số #phương pháp Mo/ller–Plesset #trạng thái cơ bản #nguyên tố hàng đầu tiên #hàm phân cực #lý thuyết MP #cấu trúc #năng lượng #phân tử đơn giản #thực nghiệm
CHARMM: Một chương trình cho tính toán năng lượng vĩ mô, tối ưu hóa và động lực học Dịch bởi AI Journal of Computational Chemistry - Tập 4 Số 2 - Trang 187-217 - 1983
Tóm tắtCHARMM (Hóa học tại Harvard Macromolecular Mechanics) là một chương trình máy tính linh hoạt cao sử dụng các hàm năng lượng thực nghiệm để mô phỏng các hệ thống vĩ mô. Chương trình có thể đọc hoặc tạo mô hình cấu trúc, tối ưu hóa năng lượng cho chúng bằng kỹ thuật đạo hàm bậc nhất hoặc bậc hai, thực hiện mô phỏng chế độ bình thường hoặc động lực học phân tử,...... hiện toàn bộ #CHARMM #hóa học vĩ mô #tối ưu hóa năng lượng #động lực học phân tử #mô phỏng hệ thống vĩ mô
Điốt phát quang điện hữu cơ Dịch bởi AI Applied Physics Letters - Tập 51 Số 12 - Trang 913-915 - 1987
Một thiết bị điện phát quang mới được thiết lập sử dụng các vật liệu hữu cơ làm phần tử phát sáng. Điốt có cấu trúc hai lớp của các màng mỏng hữu cơ, được chuẩn bị bằng phương pháp bốc hơi lắng đọng. Sự phóng lỗ và điện tử hiệu quả được cung cấp từ anode ôxít thiếc-indium và cathode hợp kim Mg:Ag. Tái tổ hợp lỗ-điện tử và phát quang điện màu xanh lá cây được giới hạn gần khu vực giao diện ...... hiện toàn bộ #điốt phát quang hữu cơ #điện phát quang #vật liệu hữu cơ #hiệu suất lượng tử #bốc hơi lắng đọng.