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往期量子计算机博客：

【深耕 Python】Quantum Computing 量子计算机（1）图像绘制基础

一、所需公式

1、自由空间中电子的波函数公式：

2、常量代换：

3、物理常量：

二、Python代码：

import math
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation

fig = plt.figure(figsize=(10, 6))
plt.rcParams['font.family'] = 'Times New Roman'

plt.rcParams['font.size'] = 12

h = 6.6260896 * 10 ** -34
hbar = h / (2.0 * math.pi)

me = 9.10938215 * 10 ** -31
eV = 1.60217733 * 10 ** -19

E1 = 0.25 * eV
E2 = 1.0 * eV
E3 = 4.0 * eV

k1 = math.sqrt(2.0 * me * E1 / (hbar * hbar))
k2 = math.sqrt(2.0 * me * E1 / (hbar * hbar))
k3 = math.sqrt(2.0 * me * E1 / (hbar * hbar))

omega1 = E1 / hbar
omega2 = E2 / hbar
omega3 = E3 / hbar

dt = 10 ** -16
dx = 10 ** -9
XN = 400
TN = 1000

x_min = -2.0
x_max = 2.0

ims = []

for tn in range(TN):
    t = dt * tn
    xl = []
    psi1l = []
    psi2l = []
    psi3l = []
    for ix in range(XN):
        x = (x_min + (x_max - x_min) * ix / XN) * dx
        psi1 = math.cos(k1 * x - omega1 * t)
        psi2 = math.cos(k2 * x - omega2 * t)
        psi3 = math.cos(k3 * x - omega3 * t)

        xl = np.append(xl, x / dx)
        psi1l = np.append(psi1l, psi1)
        psi2l = np.append(psi2l, psi2)
        psi3l = np.append(psi3l, psi3)

    img = plt.plot(xl, psi1l, color='red', linestyle='solid', linewidth=3.0, label='E_1')
    img += plt.plot(xl, psi2l, color='green', linestyle='solid', linewidth=3.0, label='E_2')
    img += plt.plot(xl, psi3l, color='blue', linestyle='solid', linewidth=3.0, label='E_3')

    ims.append(img)

plt.title("Plane wave")
plt.xlabel("Position")
plt.ylabel("Real part of Wave function")

plt.xlim([-2.0, 2.0])
plt.ylim([-1.2, 1.2])

ani = animation.ArtistAnimation(fig, ims, interval=10)

ani.save("output.html", writer=animation.HTMLWriter())
ani.save("output.gif", writer="imagemagick")
# ani.save("output.mp4", writer="ffmpeg", dpi=300)

plt.show()

三、输出文件：

output.gif文件：

output.html文件（使用火狐浏览器打开）：

参考文献 Reference

《14天自造量子计算机：使用薛定谔方程》，【日】远藤理平 著，陈欢 译，北京，中国水利水电出版社，2023年9月。