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出版者:

作者:裴纯礼

出品人:

页数:309

译者:

出版时间:2006-8

价格:25.80元

装帧:

isbn号码:9787563512195

丛书系列:

图书标签:

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《量子纠缠与信息传输的奥秘》 内容简介： 本书深入浅出地探讨了量子纠缠这一引人入胜的物理现象，以及它在信息传输领域的革命性潜力。我们从宏观世界的经典物理学基础出发，逐步引导演读者进入微观的量子世界，理解量子叠加、量子纠缠等核心概念。通过生动的图解和翔实的案例，本书将复杂的理论转化为易于理解的知识，帮助读者构建对量子世界的直观认知。 第一章：跨越经典边界——量子世界的序章 本章将带领读者告别熟悉的经典物理学定律，踏入一个充满奇妙与违背直觉的量子领域。我们将从黑体辐射和光电效应等历史性实验谈起，追溯量子力学诞生的源头。在这里，能量不再是连续的，而是以离散的“量子”形式存在，这颠覆了我们对物质和能量的认知。我们将探讨普朗克的能量量子假设，以及爱因斯坦对光电效应的解释，这些里程碑式的发现为理解更深层次的量子现象奠定了基础。 第二章：叠加与不确定——量子个体的奇异属性 本章将聚焦于单个量子粒子的奇特行为。我们将详细介绍量子叠加态的概念，即一个粒子可以同时处于多种可能状态的叠加。通过薛定谔的猫的比喻，我们将形象地理解这一反常识的现象。同时，我们将深入探讨海森堡不确定性原理，解释为何我们无法同时精确测量粒子的位置和动量。这种内在的不确定性是量子世界固有的属性，与经典物理学的确定性有着本质的区别。我们将探讨这些原理在理解原子结构、分子化学以及半导体器件中的重要作用。 第三章：纠缠的连接——超越时空的神秘纽带 本章将是本书的核心内容之一，深入探讨量子纠缠这一最令人着迷的量子现象。我们将从贝尔不等式的实验验证谈起，回顾物理学家们如何一步步证实了量子纠缠的真实存在，以及它所揭示的“幽灵般的超距作用”。我们将详细阐释量子纠缠的定义，即两个或多个粒子之间存在着一种强烈的关联，无论它们相距多远，一个粒子的状态改变会瞬间影响到其他粒子。我们将通过具体的量子纠缠态（如贝尔态）来展示这种关联的特异性。本书将强调，量子纠缠并非信息传递，而是信息关联，它为我们理解宇宙的深层连接提供了新的视角。 第四章：量子的语言——量子信息论的基石 本章将介绍量子信息论这一新兴领域，它是量子纠缠在信息科学中最直接的应用体现。我们将解释量子比特（qubit）的概念，与经典比特（bit）的0或1不同，量子比特可以处于0和1的叠加态，这赋予了量子计算机巨大的并行计算能力。我们将深入探讨量子门运算，这是量子计算机进行信息处理的基本操作。通过对各种量子门（如Hadamard门、CNOT门）的介绍，我们将了解量子计算机如何实现复杂的计算。此外，本章还将介绍量子算法，例如Shor算法和Grover算法，它们在破解经典加密算法和加速数据库搜索等方面展现出颠覆性的潜力。 第五章：瞬时传输？——量子隐形传态的原理与挑战 本章将聚焦于量子隐形传态（quantum teleportation）这一引人注目的应用。我们将详细阐述量子隐形传态的原理，它并非我们想象中的“瞬间移动”物质，而是利用量子纠缠将一个量子态从一个地方“传输”到另一个地方，而原始的量子态则会被破坏。我们将通过图示和数学模型，清晰地展示量子隐形传态的过程，包括贝尔态测量、经典通信和量子态重构等关键步骤。本书将强调，量子隐形传态需要借助经典的通信渠道来传递测量结果，因此它并不能实现超光速的信息传递，但它在量子通信和分布式量子计算中具有不可估量的价值。我们将讨论实现量子隐形传态所面临的实验挑战，例如相干性的保持和噪声的抑制。 第六章：安全通信的未来——量子密钥分发的革命 本章将深入探讨量子密钥分发（Quantum Key Distribution, QKD）这一量子信息技术在信息安全领域的巨大影响。我们将解释QKD的原理，它利用量子力学的基本原理来生成和分发加密密钥，从而实现理论上绝对安全的通信。我们将介绍几种主要的QKD协议，例如BB84协议和E91协议，并分析它们各自的优势和局限性。本书将阐述QKD如何通过测量量子态的特性来检测窃听者，一旦检测到窃听行为，通信双方就可以终止通信，从而避免密钥被泄露。我们将讨论QKD在军事、金融和国家安全等领域的潜在应用，以及其面临的挑战，如传输距离和速率的限制。 第七章：超越通信——量子计算与模拟的广阔前景 本章将跳出信息传输的范畴，展望量子技术在更广泛领域的应用。我们将详细介绍量子计算的最新进展，包括不同类型的量子计算机（如超导量子计算机、离子阱量子计算机）的架构和优缺点。我们将探讨量子计算机在药物研发、材料科学、金融建模、人工智能等领域的潜在应用，例如模拟复杂的分子相互作用以加速新药的发现，设计具有特定性能的新材料，优化复杂的金融投资组合，以及训练更强大的机器学习模型。本书还将介绍量子模拟，即利用可控的量子系统来模拟其他更复杂的量子系统，这为我们研究那些难以通过经典计算机解决的物理问题提供了强大的工具。 第八章：迈向未来——量子技术发展的挑战与展望 本章将对本书内容进行总结，并对量子技术未来的发展方向进行展望。我们将梳理当前量子技术发展所面临的主要挑战，包括量子比特的稳定性和可扩展性、量子纠错的实现、高精度量子门操作的实现以及量子器件的集成化等。同时，我们将探讨各国在量子科技领域的竞争与合作，以及潜在的产业化前景。本书将强调，量子技术的突破将可能引发新一轮的科技革命，对人类社会产生深远的影响。我们鼓励读者保持对这一前沿领域的关注，并积极参与到量子时代的探索与构建之中。 本书特色： 概念清晰： 运用通俗易懂的语言和丰富的类比，将复杂的量子概念层层剥开，让初学者也能轻松入门。 图文并茂： 大量精美的插图和示意图，帮助读者更直观地理解抽象的物理过程。 理论与应用并重： 在介绍量子理论基础的同时，也深入探讨了量子纠缠在信息传输、通信安全和计算等领域的实际应用。 前沿视角： 紧跟量子科技发展的最新动态，介绍量子计算、量子模拟等前沿技术。 数学严谨但不失趣味： 在必要的地方会引入数学公式和模型，但绝不会让枯燥的数学推导成为阅读的障碍。 适合读者： 对量子物理学、信息科学、计算机科学有浓厚兴趣的在校学生、科研人员、技术爱好者，以及任何希望了解量子技术如何改变我们未来世界的人们。本书将为你打开一扇通往奇妙量子世界的大门。

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