海森堡自旋链系统中的量子纠缠问题
摘 要：量子纠缠是量子信息处理的重要资源,海森堡模型是一种简单的能够在固态系统中实现的模型[1],研究海森堡模型中的纠缠将极大地推动固态量子计算机的发展。本文简单介绍了量子理论的发展及其应用，纠缠相关的基本概念，以及海森堡模型中外磁场对系统纠缠的影响。
关键词： 海森堡模型；量子纠缠；自旋； 外磁场
量子理论发展及其应用
量子理论的发展史[2]
自 1900 年普朗克提出光量子假说算起，量子力学的创立及探索已经经过了 100 多年，从科学学科来说，这还是一门新兴理论，但它对人类传统理论的冲击却是极大的。量子力学不仅是对传统物理学的一种围观革命，也使得人们对微观世界的规律有了重大的改变。在这并不漫长的 100年中，许多科学家都对量子力学的发展做出了重要贡献。
量子理论与经典理论的对立
从小开始，我们便开始牛顿物理体系的学习，在量子力学出现的很长一段时间中，人们都对经典力学体系封为圣条。在微观世界中，牛顿人为物质是由粒子构成，粒子是一个实体，他们构成了一个整体。而量子力学对牛顿物理学是根本否定的，它认为微观体系是一个个可以分开的部门组成，它们是相互独立的，是无序的，不可预知的。经典力学人为无论是宏观世界还是微观世界，事物的变化都是连续性，有迹可循的。但量子力学却持相反态度。
量子理论的核心观点
量子理论的核心观点是：一切事物都是由不可语言的微观粒子构成，但这些看似无序粒子的统计行为却遵循一种可以预言的波动图样。这种现象在光子理论，波动理论中都出现过，量子理论遵循波动干涉、衍射等原理。德国物理学家海森堡发现，微观世界具有一种内禀的、可以量化的不确定性。他设想用一个
gamma;射线显微镜来观察一个电子的坐标，因为gamma;射线显微镜的分辨本领受到波长lambda;的限制，所用光的波长lambda;越短，显微镜的分辨率越高，从而测定电子坐标不确定的程度△x 就越小，所以△xprop;lambda;。但另一方面，光照射到电 子，可以看成是光量子和电子的碰撞，波长lambda;越短，光量子的动量就越大，所以有△pprop;1/lambda;。经过一番推理计算，海森堡得出：△q*△pge;h/2pi;。因此，动量和坐标不能被同时测准。
量子力学在实际中的应用
量子力学在观察测量中的应用
1981 年，IBM 公司苏黎世实验室的两位科学家宾尼希和罗雷尔利用电子的隧道效应制成了扫描隧道显微镜。如果将两块平行放置的相同导体平板电极用一个非常薄的绝缘层隔开，并在两极之间施加直流电压，则在绝缘导区域将形成一势垒，负电极中的电子可以穿过绝缘层的势垒到达正电极，形成隧穿电流。通过这一研究奠定的基础，研究扫描探针显微镜的团队越来越壮大，人们通过微观原子研究，观测原子表面排列及电子行为相关的各种性质，并尝试对单个原子进行控制，这一实践，极大的缩短了宏观与微观世界的差距，对很多领域的研究有着极其重大的意义和应用价值。
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