科普文：量子调控

• 前言
  前几天跟同事聊天，聊到许多年前IBM对原子进行调控从而排列成“IBM”字样的故事。随后，跟老程一起做ALPS，正好发现一个模型可以完美地描述诠释“量子调控”的力量。

• 关键词及其直观说明

  • “本征态”
  • “调控”
  • 事物都有“本征态”。以学生为例，他们可处于“懒惰态”和“努力态”。通常情况下，学生会处于省力的“懒惰态”。外界对他们干预、加压，改变他们的态，就是一种“调控”。

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假设有一块磁性材料，它有以下本征态，等等。为了便于描述，这些态依次描述那些能量从低到高排列的本征态。根据能量最低原理，在绝对零度时，系统处于最省能量的态。

在某种情况下，我们想把材料调控到态，因为该态具有某个我们需要的特性。

一种方法，是给材料提供更多的能量，让它“跃迁”到态。就像老师给学生加压一样的道理。然而，这个过程是不稳定的，它会“自发跃迁”回到低能量的态（就像学生回归惰性态）。

还有第二种方法：利用材料的对称性。

在生活中我们知道，具有对称性的物体，对其进行特定操作、它的状态指标不变（比如一个球体，你对它进行旋转操作）。

类似地，对于具有某种对称性的磁性材料，我们对它进行特定物理操作(如：外加磁场)，其各个本征态不受影响。但外加磁场将对这些本征态的能量值产生不同程度的影响。

还是得写清楚，万一被那些有学物理的同学看到呢？万一呢？
比如若一个系统，其哈密顿量，外加磁场 跟其哈密度量对易，本征态具有good quantum number 。因此外加磁场不影响各个本征态，但改变了能量特征值。

由于能量受到影响，态的能量可能变得比态低(如下图所示)。这样，根据能量最低原理，材料就自发地处于态了。类似地，我们能够通过控制外加磁场的强度，将材料的状态完美地“调控”到所需的各个“本征态”上去。

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• 结语
  面对一个处于磁场中的物体，
  你可以高兴地说：啊，它被磁化啦！
  或许你也可以低调地说：我看见它的各个本征态被磁场调控了。。。