量子世界的神奇現(xiàn)象：散射、勢(shì)壘與量子隧穿 | 量子物理導(dǎo)論第六講

圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

導(dǎo)語(yǔ)

現(xiàn)在量子科學(xué)與技術(shù)進(jìn)入全球與中國(guó)科技布局的核心視野：2025 年被聯(lián)合國(guó)確立為“國(guó)際量子科學(xué)與技術(shù)年”，而 2026 年政府工作報(bào)告和“十五五”規(guī)劃綱要都把量子科技列入未來(lái)產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)方向。

為了幫助復(fù)雜科學(xué)、人工智能與交叉研究的學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)，掌握量子物理，補(bǔ)一門(mén)重要的基礎(chǔ)語(yǔ)言，同時(shí)回應(yīng)正在展開(kāi)的科技前沿。集智學(xué)園聯(lián)合上海大學(xué)李永樂(lè)老師共同開(kāi)設(shè)了，本系列課程關(guān)心“原子尺度下的世界究竟遵循怎樣的底層規(guī)則”。為初學(xué)者補(bǔ)充經(jīng)典物理必備知識(shí)，建立量子態(tài)、密度算符的基本概念，介紹量子力學(xué)中的典型模型與近似方法，建立基于量子力學(xué)思考問(wèn)題的思路，并以量子計(jì)算為典型應(yīng)用案例，以一位用戶的角度提供一條簡(jiǎn)明的學(xué)習(xí)路徑：掌握量子語(yǔ)言的起源，提供一個(gè)把握當(dāng)代量子科技的接口。

22026年6月22日（周一）18:00-20:00將進(jìn)行第六講分享「量子世界的神奇現(xiàn)象：散射、勢(shì)壘與量子隧穿」，歡迎參與。

主題：量子世界的神奇現(xiàn)象：散射、勢(shì)壘與量子隧穿

課程簡(jiǎn)介

經(jīng)典粒子遭遇能量高于自身的勢(shì)壘時(shí)，結(jié)果只有反射一種情況。量子力學(xué)卻給出了根本不同的答案，粒子有一定概率穿越這道經(jīng)典意義上不可逾越的障礙，這便是量子隧穿。隧穿并非一種特殊的例外，而是用波動(dòng)來(lái)描述粒子的必然結(jié)果，是量子世界的基本特征之一。

本節(jié)課將從勢(shì)階問(wèn)題出發(fā)，系統(tǒng)建立一維量子散射的分析框架，引入反射系數(shù)與透射系數(shù)，理解入射波、反射波與透射波之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，我們將轉(zhuǎn)向方形勢(shì)壘，定量分析隧穿概率對(duì)勢(shì)壘高度與寬度的依賴，并以蛋白質(zhì)中的電子隧穿和聲子通過(guò)真空傳遞為例，展示這一純粹的量子效應(yīng)在真實(shí)生物與材料體系中的重要作用。課程還將討論有限深勢(shì)阱的散射問(wèn)題，完善定態(tài)散射的整體圖景。全程結(jié)合一維量子散射的數(shù)值模擬，直觀展示波函數(shù)在不同勢(shì)場(chǎng)結(jié)構(gòu)下的行為。

課程大綱

1. 勢(shì)壘

2. 方形勢(shì)壘。例子：蛋白質(zhì)中的電子隧穿、聲子通過(guò)真空傳遞

3. 有限深勢(shì)阱

課程重點(diǎn)

1. 散射截面

課程難點(diǎn)

1. 量子隧穿

代碼：一維量子散射計(jì)算模擬。

課程信息

課程主題：量子世界的神奇現(xiàn)象：散射、勢(shì)壘與量子隧穿

課程時(shí)間：2026年6月22日（周一） 18:00-20:00

課程形式：騰訊會(huì)議（會(huì)議信息見(jiàn)群內(nèi)通知）；集智學(xué)園網(wǎng)站錄播（3個(gè)工作日內(nèi)上線）

課程主講人

李永樂(lè)，現(xiàn)任上海大學(xué)理學(xué)院物理系副主任、教授、博士生導(dǎo)師，上海市“青年?yáng)|方學(xué)者”，主要從事計(jì)算原子分子物理研究，涵蓋量子動(dòng)力學(xué)、化學(xué)物理、分子鐵電及人工智能量子蒙特卡洛等領(lǐng)域。2002-2006年就讀于天津大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，期間在山東大學(xué)化學(xué)院交流，2006-2011年獲南京大學(xué)理論化學(xué)博士學(xué)位，2012-2015年先后于新墨西哥大學(xué)、紐約大學(xué)從事博士后研究。2019-2021年訪問(wèn)加州理工學(xué)院13個(gè)月。開(kāi)設(shè)“玩轉(zhuǎn)量子世界”在線科普課程。長(zhǎng)期講授大學(xué)物理、統(tǒng)計(jì)物理、計(jì)算物理等課程。在集智學(xué)園講授《統(tǒng)計(jì)物理基礎(chǔ)》系列課程。

個(gè)人官方主頁(yè)：https://physics.shu.edu.cn/info/1082/1166.htm 知乎主頁(yè)：https://www.zhihu.com/people/yongle-li-86

課程適用對(duì)象

1. 物理、化學(xué)、材料、計(jì)算科學(xué)等專業(yè)的本科高年級(jí)生與研究生

2. 有高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、常微分方程基礎(chǔ)的理工科研究者

3. 對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)、AI for Science、量子信息、量子化學(xué)有興趣的跨學(xué)科學(xué)習(xí)者

4. 希望補(bǔ)上量子基礎(chǔ)、建立現(xiàn)代量子語(yǔ)言的人

課程目標(biāo)

1. 建立系統(tǒng)的量子物理基礎(chǔ)認(rèn)知

2. 掌握典型模型與核心求解方法

3. 搭建通向現(xiàn)代量子科技與交叉研究的入口

報(bào)名須知

1. 課程形式：騰訊會(huì)議直播，集智學(xué)園網(wǎng)站錄播。本系列課程不安排免費(fèi)直播。

2. 課程周期：2026年5月11日-2026年6月29日，每周日晚18點(diǎn)-20點(diǎn)進(jìn)行。

3. 課程定價(jià)：原價(jià)799

   1. 早鳥(niǎo)價(jià)499，截止時(shí)間：2026年5月12日中午12點(diǎn)

掃碼付費(fèi)報(bào)名課程課程鏈接：https://campus.swarma.org/v3/course/5724?from=wechat

付費(fèi)流程：

2. 課程頁(yè)面添加學(xué)員登記表，添加助教微信入群；

3. 課程可開(kāi)發(fā)票。

課程共創(chuàng)任務(wù)：課程字幕

為鼓勵(lì)學(xué)員深度參與、積極探索，我們致力于形成系列化知識(shí)傳播成果，并構(gòu)建課程知識(shí)共建社群。為此，我們特別設(shè)立激勵(lì)機(jī)制，讓您的學(xué)習(xí)之旅滿載收獲與成就感。

課程以老師講授為主，每期結(jié)束后，助教會(huì)于課程群內(nèi)發(fā)布字幕共創(chuàng)任務(wù)。學(xué)員通過(guò)參與這些任務(wù)，不僅能加深對(duì)內(nèi)容的理解，還可獲得積分獎(jiǎng)勵(lì)。積分可兌換其他讀書(shū)會(huì)課程或?qū)嵨铼?jiǎng)品，助力您的持續(xù)成長(zhǎng)。

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課程鏈接：https://campus.swarma.org/v3/course/563

1. 量子信息與量子計(jì)算預(yù)讀班

本次預(yù)讀班受集智-凱風(fēng)研讀營(yíng)項(xiàng)目的支持，將主要聚焦在量子計(jì)算領(lǐng)域，對(duì)量子線路的經(jīng)典模擬、量子計(jì)算與人工智能的交叉、量子模擬、量子噪聲理論與糾錯(cuò)碼等方面的論文進(jìn)行研讀與討論。希望能通過(guò)預(yù)讀班的形式，能夠吸引具有基本物理基礎(chǔ)且對(duì)量子計(jì)算感興趣的人（例如本科生）和量子計(jì)算的年輕研究員，研讀硬核論文，激發(fā)科研靈感。

預(yù)讀班鏈接：https://campus.swarma.org/v3/course/4082

7. 《玩轉(zhuǎn)量子世界講座》：https://www.koushare.com/live/details/8639

8. “玩轉(zhuǎn)量子世界”科普課（共6節(jié)）：https://www.koushare.com/video/details/24092?series_id=477