量子耗散系统中的隧穿效应

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"这篇文章是关于量子隧穿在耗散系统中的研究,由A.0.CALDEIRA和A.J.LEGGETT合作完成,分别来自巴西坎皮纳斯州立大学和英国苏塞克斯大学。文章探讨了耗散对量子隧穿的影响,特别是在宏观变量如SQUID中的磁通陷阱中的应用,并指出这一问题对于验证量子力学在宏观层面的适用性至关重要。" 量子隧穿是量子力学中的一种现象,允许粒子穿越经典力学中看似不可逾越的能量势垒。在理想无耗散系统中,粒子的能量低于势垒顶部,但仍然有非零概率隧穿至势垒的另一侧。然而,当考虑实际系统时,耗散效应(例如热噪声或其他环境干扰)会介入,使得问题变得复杂。 作者A.0.CALDEIRA和A.J.LEGGETT在这篇1983年的《物理年鉴》论文中,尝试解答“耗散如何影响量子隧穿”的问题。他们特别关注了隧穿宏观变量,比如超导量子干涉仪(SQUID)中的磁通量子,这是一个能够展示宏观量子现象的设备。在SQUID中,磁通可以被束缚在一个近乎稳定的势阱中,其运动受到环境的摩擦力影响。 在经典力学中,摩擦通常会减慢或阻止物体的运动,但在量子世界,摩擦的存在可能会对隧穿过程产生显著影响。论文中,作者引入了近似于经典运动方程的量子版本,该方程描述了粒子在势能V(q)附近受摩擦系数γ影响的运动。这个方程揭示了在考虑耗散情况下,量子隧穿的动力学行为。 通过数学分析和可能的数值模拟,作者们旨在揭示耗散对隧穿概率和动力学路径的具体影响。这种分析不仅对于理解和预测SQUID等宏观量子系统的实验结果至关重要,还对于理解微小尺度上的其他隧穿过程,如分子马达或量子点中的电子隧穿,同样具有理论价值。 这篇论文深入探讨了量子力学与经典物理在有耗散环境中的交汇,为理解宏观量子效应提供了理论基础,并对测试量子力学在宏观层次的适用性提出了新的视角。耗散对量子隧穿的影响是量子物理学和统计力学交叉领域的一个关键问题,其研究成果对量子计算、量子信息处理和超导技术等领域都有深远的影响。