Parametric Processes (Progress in Quantum Electronic) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Elsevier

作者:Amnon Yariv

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1969-09

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9780080066325

丛书系列:

图书标签:

• Parametric amplification
• Quantum electronics
• Nonlinear optics
• Quantum mechanics
• Statistical physics
• Plasma physics
• Microwave techniques
• Beam physics
• Instabilities
• Noise

跨越界限：现代物理学与工程学的交汇点 作者：[此处填写作者姓名，例如：] 艾伦·费尔南德斯 出版社：[此处填写出版社名称，例如：] 尖峰科学出版社 --- 书籍简介： 本书《跨越界限：现代物理学与工程学的交汇点》深入探讨了当代科学领域中两个看似独立却日益交织的支柱——理论物理学的最新进展与前沿工程技术的实际应用。它旨在为物理学家、材料科学家、电子工程师以及对量子信息、先进传感和复杂系统建模感兴趣的研究人员提供一个全面而富有洞察力的视角。 我们生活在一个由基础物理定律驱动的时代，这些定律不仅解释了宇宙的运作，也为我们设计和构建下一代技术提供了蓝图。本书的核心在于剖析如何将那些通常被限制在实验室高精度环境中的基础物理概念，转化为能够在现实世界中产生实际效能的工程解决方案。 全书结构严谨，逻辑清晰，共分为六个主要部分，共计十八章。每一章都建立在前一章的基础之上，逐步引导读者从宏观的系统分析过渡到微观的量子效应调控。 --- 第一部分：基础理论的重塑与系统视角（第 1 章 - 第 3 章） 本部分首先回顾了构建现代工程系统的基本理论框架，但重点在于指出传统经典描述的局限性。 第 1 章：从确定性到概率描述：系统建模的范式转移 本章详细分析了复杂系统在面对大量相互作用单元时的建模挑战。我们超越了传统的常微分方程组，转向基于随机过程和信息论的描述方法。重点讨论了如何利用马尔可夫链和高斯过程来有效近似那些因计算复杂度过高而无法精确求解的非线性动力学系统。探讨了如何通过引入“有效参数”来在保持系统关键特性的同时，简化计算模型，为后续的工程优化打下基础。 第 2 章：非平衡态热力学的新兴角色 传统的平衡热力学在描述能源转换、数据传输和生物过程中存在的非平衡状态时显得力不从心。本章深入研究了非平衡态热力学（NET）的核心原理，特别是其与信息熵的关系。重点关注了朗之万方程在描述系统如何耗散能量以维持其有序结构方面的应用，以及弗朗克-卡门方程（Fluctuation-Dissipation Theorem）如何成为评估系统响应极限的关键工具。 第 3 章：拓扑概念在经典和准经典系统中的应用 拓扑学，这一源于纯数学的分支，正逐渐成为理解系统稳定性的强大工具。本章将拓扑不变量的概念引入到宏观系统设计中，例如在材料科学中解释晶体结构和缺陷的稳定性，以及在控制理论中设计对局部噪声具有鲁棒性的反馈回路。讨论了如何通过设计具有特定拓扑结构（如阿贝尔群或非阿贝尔群结构）的连接矩阵来实现抗干扰的信息传输。 --- 第二部分：量子效应的工程化利用（第 4 章 - 第 7 章） 本部分是本书的重点，关注如何将量子力学的独特现象——叠加态、纠缠和隧穿——转化为可控的工程能力。 第 4 章：量子比特的物理实现与相干性控制 本章不侧重于量子计算的算法，而是聚焦于物理层面的挑战。详细考察了当前主流的物理平台（超导电路、离子阱、中性原子）在实现长相干时间方面的工程难题。重点分析了如何利用微波工程和精密的激光冷却技术来抑制环境噪声对量子态的退相干影响，并讨论了用于测量和门操作的脉冲整形技术。 第 5 章：量子测量理论与贝叶斯推断 量子测量的非幺正演化是工程实践中的核心难点。本章将量子测量理论与现代贝叶斯统计框架相结合。引入了量子贝叶斯网络（QBNs）的概念，阐述了如何设计最优的测量策略来提取最大信息量，同时最小化对被测系统的扰动。特别讨论了“弱测量”技术在非破坏性状态监测中的实际应用。 第 6 章：固态系统中的集体激发与准粒子工程 许多先进的电子设备依赖于对电子或准粒子的精确调控。本章深入研究了激子、极化激元、库珀对等集体激发态的物理行为。重点关注了如何通过结构工程（如超晶格设计）来调控这些准粒子的有效质量和寿命，从而实现新型光电器件或高效的能量收集系统。 第 7 章：量子隧穿效应在低功耗电子学中的再审视 隧穿效应不仅是理解半导体器件工作原理的基础，也是新兴纳米电子学的基础。本章重新审视了费米黄金定则在隧穿概率计算中的局限性，并引入了WKB近似的高级形式，用于精确预测在极端尺寸下的栅极漏电流和新型忆阻器中的电荷传输机制。 --- 第三部分：先进材料中的场调控（第 8 章 - 第 10 章） 本部分探讨了如何通过外部场（电场、磁场、应力场）来动态地重构材料的电子能带结构和宏观响应。 第 8 章：压电与铁电材料的非线性耦合 压电和铁电材料是传感器和存储器的核心。本章详细分析了其本征的电-力耦合的非线性特性。引入了 Landau-Devonshire 理论的修正模型，用以精确预测在强电场或机械应力下的畴壁运动和电畴翻转动力学，这对设计高可靠性的记忆元件至关重要。 第 9 章：强关联电子系统中的相变控制 强关联电子系统（如高温超导体、莫特绝缘体）的复杂行为是理解和设计新型功能材料的关键。本章探讨了利用激光脉冲或电场梯度（场效应）来“瞬态驱动”材料进入非平衡相的实验技术。分析了相变过程中电子-声子相互作用的弛豫时间尺度，这是实现超快开关逻辑的前提。 第 10 章：光与物质的局域化：超材料的电磁响应 本章聚焦于人造结构——超材料（Metamaterials）——如何打破传统材料的限制。重点讨论了负折射率、零折射率结构的电磁设计原理，以及如何通过集成光子学技术（如光子晶体和表面等离子激元）来局域化和增强电磁场，这对于提升传感器灵敏度和开发高效光捕获系统具有指导意义。 --- 第四部分：复杂系统的反馈与优化（第 11 章 - 第 13 章） 本部分将目光从材料和器件层面提升到系统控制层面，探讨如何利用先进的优化理论来管理高维度的工程挑战。 第 11 章：最优控制理论在动态系统中的应用 在许多工程任务中，需要在有限的时间和能量约束下实现特定目标状态。本章应用庞特里亚金极大值原理，推导出多约束下的最优控制律，例如用于快速稳定量子态或最小化加热效应的控制序列。 第 12 章：基于模型的系统辨识与不确定性量化 在实际操作中，系统的精确参数往往未知或随时间漂移。本章介绍了卡尔曼滤波及其扩展形式（如扩展卡尔曼滤波 EKF 和无迹卡尔曼滤波 UKF）在实时估计系统状态和参数方面的强大能力。特别强调了如何将系统的内在随机性（噪声）纳入到估计误差的量化中。 第 13 章：机器学习在物理系统调谐中的前沿探索 本章探讨了深度强化学习（DRL）在自动化物理实验和系统优化中的潜力。描述了如何将环境的物理反馈（如测量结果）转化为代理函数（Reward Function），并利用 DRL 智能体自主地搜索和锁定最佳的实验参数空间，例如自动调谐复杂的光学谐振腔或优化粒子加速器的束流控制。 --- 第五部分：信息论与工程极限（第 14 章 - 第 16 章） 本部分关注信息论在确定系统性能极限方面的根本性作用。 第 14 章：香农极限的修正：噪声对信道容量的制约 回顾香农-哈特利定理，并讨论当信道噪声具有时间关联性（即非马尔可夫性）时，该极限如何被修正。本章分析了在存在色噪声或量子噪声的物理信道中，如何通过编码和调制策略来更有效地逼近理论上限。 第 15 章：物理极限下的数据压缩与存储 探讨了在物理尺度上存储信息的熵限制。重点分析了基于玻尔兹曼熵的不可逆信息擦除成本，以及热力学第二定律如何对超高密度存储介质的读写能耗提出根本性限制。 第 16 章：纠错码与物理噪声的对抗策略 本章专注于如何设计和实现对特定物理噪声模型（如比特翻转、相位错误、随机退相干）具有高鲁棒性的量子和经典纠错码。讨论了表面码（Surface Codes）和低密度奇偶校验码（LDPC）在实际硬件实现中的拓扑结构优势。 --- 第六部分：未来展望与交叉学科集成（第 17 章 - 第 18 章） 第 17 章：通用计算模型的融合：模拟与数字的界限模糊 本章展望了未来计算范式，即模拟计算（Analog Computing）与数字计算的融合。讨论了在哪些特定问题（如线性代数求解、优化问题）中，基于物理过程的模拟计算可以提供远超数字方法的效率，以及如何通过混合架构实现两者的优势互补。 第 18 章：工程伦理与基础科学的责任 最后，本书以一个重要的哲学和伦理学讨论收尾。随着物理学前沿成果越来越多地转化为具有巨大社会影响力的技术，本章呼吁研究人员在追求技术突破的同时，必须审慎评估其对社会、安全和环境的潜在长期影响，强调基础科学工作者在塑造未来技术轨迹中的关键责任。 --- 目标读者： 本书适合具有扎实的经典物理和工程背景的研究生、博士后及资深工程师，是深入理解现代前沿技术设计原理的理想参考书。

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