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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Munir H. Nayfeh

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1985-04

价格:USD 62.50

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471876816

丛书系列:

图书标签:

• 物理学
• 电磁学
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光影流转：一部关于量子信息与凝聚态物理的探索之旅 图书名称： 《量子纠缠之舞：从费米子的低语到拓扑绝缘体的奥秘》 内容简介： 本书是一部深入探讨现代物理学前沿领域——量子信息科学与先进凝聚态物理的专著。它并非传统意义上对经典电磁学现象的机械罗列，而是将读者的视野引向原子尺度下物质奇异的集体行为及其蕴含的巨大信息处理潜力。全书共分为五大部分，结构严谨，逻辑递进，旨在为具有一定物理学基础（如熟悉量子力学基本原理和固体物理初步知识）的研究人员、高年级本科生及研究生提供一个全面而深入的理论框架和最新的实验进展综述。 --- 第一部分：量子比特的基石与量子计算的逻辑 本部分聚焦于量子信息处理的核心单元——量子比特（Qubit）的构建、操控与理论基础。我们摒弃了宏观电磁场的经典描述，转而深入剖析量子叠加态、量子纠缠等非定域性的基本特性。 1.1 量子比特的物理实现 详细阐述了当前领先的量子比特平台。这包括超导电路中的约瑟夫森结量子比特（Transmon、Flux Qubit）的能级结构、微波脉冲精确控制的原理，以及其退相干机制（如$T_1$与$T_2$时间）。同时，我们对基于半导体量子点（特别是硅基量子点）的自旋量子比特进行了细致的分析，探讨了电荷-自旋耦合的调控方法。此外，书中也涵盖了光子作为信息载体的优势与挑战，如集成光子学中的非线性效应应用。 1.2 量子纠缠的度量与操作 重点阐述了纠缠的数学描述，如冯·诺依曼熵、纠缠熵（Entanglement Entropy）的计算方法，以及如何通过富勒姆（Fidelity）等指标量化量子态的纯净度。在量子门操作方面，本书详述了如何通过高精度脉冲序列实现单比特门（如旋转门）和双比特门（如受控非门 CNOT、iSWAP）的物理物理过程。书中特别引入了量子纠错码（如表面码 Surface Code）的拓扑保护概念，解释了它们如何对抗环境噪声，并详细推导了码字的逻辑演化过程。 --- 第二部分：低维系统的电子行为与关联效应 第二部分将目光投向凝聚态物理中电子的强关联系统，特别是二维和一维电子气中表现出的反直觉的集体激发模式。 2.1 输运理论的量子修正 传统基于玻尔兹曼方程的输运理论在低能极限下失效。本章引入了量子输运理论，重点讨论了反安德森局域化（Anti-localization）现象，其对自旋轨道耦合（SOC）的敏感性。我们利用 Kubo 公式，从微扰论的角度推导出电导率与时间关联函数的联系，并结合 Landauer-Büttiker 公式分析了量子点串和量子霍尔边缘态的单粒子导电性。 2.2 强关联电子模型：从Hubbard到Dyson方程 深入探讨了电子间相互作用在决定材料性质中的核心作用。Hubbard 模型作为描述强关联电子系统的基石，其高强度极限下的对角化近似和平均场理论被详细剖析。更进一步，本书介绍了使用非微扰技术，如动态平均场理论（DMFT），来处理具有几何阻挫的格点模型，并阐明了如何通过Dyson方程的自洽求解来确定电子谱函数，从而解释 Mott 绝缘体的形成。 --- 第三部分：拓扑物态的几何与不变量 这一部分是全书最具前瞻性的内容之一，它将拓扑学概念引入到凝聚态物理中，解释了材料的宏观性质如何受其微观几何结构决定的“不变量”所保护。 3.1 拓扑不变量的物理意义 系统阐述了拓扑绝缘体（TI）和拓扑半金属的概念。重点解析了第一代二维拓扑绝缘体（如 $ ext{HgTe}/ ext{CdTe}$ 异质结）的能带反转机制，利用的是 $mathbb{Z}_2$ 拓扑不变量。书中详细推导了 Kane-Mele 模型，并解释了时间反演对称性在保护无耗散边缘态中的关键作用。 3.2 奇异的拓扑相：Weyl费米子与狄拉克点 针对三维系统，本书详细分析了 Weyl 半金属中 Weyl 点的产生条件、它们如何成对出现以及如何通过手性异常（Chiral Anomaly）来解释其独特的纵向磁电阻效应。对狄拉克点的分析则侧重于其能量简并点的鲁棒性，以及如何通过改变晶体对称性（如宇称-时间反演对称性）来将狄拉克点“分裂”成一对 Weyl 点。 3.3 拓扑超导与马约拉纳零能模 本章探讨了拓扑超导体的基本特性，特别是其在非平庸拓扑边界上出现的零能量激发——马约拉纳费米子（Majorana Fermions）。通过对 $p$ 波超导体模型的分析，解释了马约拉纳费米子作为自身反粒子的特性，以及它们在构建拓扑量子计算中的潜力。 --- 第四部分：量子模拟与极端条件下的探索 本部分关注于利用受控的量子系统来模拟难以用传统计算方法解决的物理问题，以及在极端条件下（如极高压力或强磁场）所出现的量子现象。 4.1 冷原子气体与量子模拟器 详细介绍了超冷原子系统（如基于激光冷却和俘获的原子阵列）如何作为“量子模拟器”平台。重点讨论了光晶格（Optical Lattice）中费米子和玻色子系统，如何精确地模拟 Hubbard 模型中的参数（晶格深度对应于跳跃项 $t$，激光强度对应于相互作用 $U$）。书中分析了如何通过光晶格实现对 Mott 绝缘体和超导体的动态探测。 4.2 量子霍尔效应的深入研究 本书对量子霍尔效应（QHE）的理解超越了整数效应，深入到分数霍尔效应（FQHE）。重点分析了 Laughlin 波函数在描述多体关联态方面的优雅性，以及其拓扑量子化的分数电荷。通过对能谱分析和激发模式的探讨，揭示了FQHE态中存在的非阿贝尔任意子（Non-Abelian Anyons），这是构建拓扑量子计算的另一个核心要素。 --- 第五部分：信息论与物理学的交汇点 最后一部分将视角提升到信息论的高度，探讨物理定律如何限制信息的获取和处理的极限。 5.1 量子热力学与信息熵 本章探讨了量子系统中的热力学第二定律的修正。引入了兰道尔原理的量子版本，分析了在极小尺度下，测量过程对信息和能量的不可避免的交换。书中通过研究信息熵与内能、功之间的关系，阐明了在微观尺度上，能量的提取和耗散是如何被量子涨落所制约的。 5.2 量子信息安全与基础限制 讨论了基于量子力学原理的加密技术（如 BB84 协议）的安全性来源——测量的不可逆性。同时，也探讨了诸如黑洞信息悖论等前沿问题，从信息丢失的角度重新审视引力与量子场的交叉领域。 结论： 《量子纠缠之舞》旨在为读者提供一个理解现代物理学最活跃领域——从微观量子态到宏观拓扑保护——的综合路线图。它强调了理论的严谨性与实验观测的紧密结合，是探索未来信息技术物理基础的必备参考书。

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（读者B，偏好实际应用和历史背景的科技迷） 怀着满满的好奇心翻开了这本《Electricity and Magnetism》。虽然书名听起来有些学术，但我更感兴趣的是它背后所蕴含的那些改变世界的科技创新。从早期法拉第的电磁感应实验，到后来的特斯拉的交流电系统，再到我们今天无处不在的无线通信技术，电磁学的发展史就是一部人类智慧与创造力的史诗。我希望这本书能不仅仅停留在理论的推导，更能融入一些精彩的历史故事和关键人物的贡献，让我了解这些伟大的发现是如何诞生的，它们又对后世产生了怎样的深远影响。比如，关于发电机和电动机的工作原理，我想了解其内部的精妙设计，以及它们如何被工程师们不断优化，最终成为现代工业的基石。再有，对于电磁波在信息传播中的作用，比如收音机、电视，乃至现在的手机通信，我也希望能有更深入的介绍，了解其中的物理原理是如何转化为我们日常使用的便捷技术的。如果书中能包含一些与工程应用相关的案例研究，那就更完美了。这不仅仅是学习一门学科，更像是在回顾一段波澜壮阔的技术革命史。

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（读者C，对概念直观理解和解题技巧有需求的大学生） 拿到这本《Electricity and Magnetism》的时候，我正处于学习电磁学非常关键的阶段。老实说，有时候教科书上的公式和推导让我感到有些困惑，尤其是在遇到一些比较棘手的概念时，很难一下子抓住其核心。我非常期待这本书能够在这方面给我带来一些突破。我希望它能够用更加直观、生动的方式来解释那些抽象的概念，比如电场和磁场是如何分布的，电荷和电流是如何相互作用的。如果书中能够配有大量的示意图和形象的比喻，我想会非常有帮助。更重要的是，我希望它能提供一些非常实用的解题技巧和思路。在考试中，掌握正确的解题方法往往能事半功倍。如果这本书能够针对一些经典的电磁学问题，比如静电场的计算、稳恒磁场的求解、电磁感应现象的分析等，给出一些由浅入深的解题步骤和注意事项，那就太棒了。我希望读完之后，不仅能理解这些理论，更能灵活地运用到各种习题和考试中，真正做到学以致用，而不是死记硬背。

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（读者A，对理论深度有较高要求的物理爱好者） 最近终于收到了这本《Electricity and Magnetism》，拿到手就感觉沉甸甸的，这重量就已经预示着它绝非泛泛之辈。我一直以来对电磁学领域的深入探索都抱有极大的热情，尤其是在理解那些看似抽象却又精密无比的数学框架时，总能获得一种智力上的满足感。这本书的封面设计简洁而富有力量，没有花哨的图案，直击主题，这让我对接下来的阅读内容充满了期待。我特别希望书中能够对麦克斯韦方程组的推导过程进行详尽的阐述，不仅仅是给出公式，更重要的是解释其物理意义，以及它如何统一了电和磁的现象，揭示了光作为电磁波的本质。此外，对相对论性电动力学的引入和讲解也是我非常看重的一点。我知道这部分内容通常比较艰深，但我相信一本好的教材应该能够循序渐进地引导读者，即使是没有深厚背景的初学者也能逐渐领会其精髓。这本书的排版看起来也很清晰，插图（如果有的化）我想应该也会是那种能够帮助理解复杂概念的类型。总之，我已经迫不及待地想要钻研其中的每一个公式，每一个定理，希望能借此将我对电磁学的理解提升到一个全新的高度，感受物理学的严谨与美妙。

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（读者E，注重科学思维培养和逻辑严谨性的学习者） 这本《Electricity and Magnetism》的到来，让我对如何构建严谨的科学论证过程充满了好奇。我认为，学习物理不仅仅是记住公式和定理，更重要的是培养一种科学的思维方式，一种清晰的逻辑推理能力。我希望这本书能够充分体现这一点。从基础的概念定义开始，到复杂的理论推导，每一个步骤都应该是严丝合缝，无可挑剔的。我希望作者在解释每一个物理概念时，都能追溯其本源，清晰地阐述其物理意义，而不是仅仅给出一个数学表达式。在推导过程中，我期待能够看到清晰的逻辑链条，每一步的假设和结论都应该是经过充分论证的。如果书中能够穿插一些对错误理解的辨析，或者对不同论证方法的比较，那就更能帮助我理解科学是如何一步步逼近真理的。我对那些能够展示科学家们是如何通过实验观察、理论建模、逻辑推理来解决科学问题的案例非常感兴趣。这本书能够成为我学习科学思维的绝佳范例，帮助我在未来的学习和研究中，能够更加清晰、有条理地分析问题，并找到有效的解决方案。

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（读者D，寻求启发和新视角的资深物理爱好者） 这本书《Electricity and Magnetism》对我来说，更像是一次与经典物理学的深度对话。我已阅读过不少电磁学相关的书籍，但总觉得在某些地方，还可以有更细腻的解读，或者从一个全新的视角来审视这些基础理论。我希望这本书能提供一些对经典理论的深刻反思，或者指出其中一些尚未完全解决的问题，引发读者的思考。比如，在讨论电磁波与物质的相互作用时，是否可以稍微触及一些量子电动力学（QED）的初步概念？即便不深入，但能稍微点明其存在的可能性，也能给读者带来一定的启发。此外，对于一些历史上的争议或者不同学派的观点，如果书中能够有所涉及，并给出作者的独到见解，那会是非常有价值的。我尤其关注那些能够连接电磁学与其他物理分支的桥梁，例如它与光学、热力学，甚至统计物理学的内在联系。如果这本书能在此方面有所拓展，让我看到一个更广阔、更统一的物理世界图景，那将是极大的惊喜。我不追求简单的知识叠加，而是更渴望那些能够引发我进一步探索和思考的火花。

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