Quantum Dissipative Systems

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出版者:World Scientific Publishing Co Pte Ltd
作者:Weiss, U.
出品人:
页数:460
译者:
出版时间:2007-12
价格:$ 82.49
装帧:
isbn号码:9789812791627
丛书系列:
图书标签:
  • 量子光学
  • 开放量子系统
  • 耗散系统
  • 量子动力学
  • 非平衡态
  • 量子信息
  • 量子控制
  • 量子测量
  • 统计物理
  • 凝聚态物理
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具体描述

Major advances in the quantum theory of macroscopic systems, in combination with stunning experimental achievements, have brightened the field and brought it to the attention of the general community in natural sciences. Today, working knowledge of dissipative quantum mechanics is an essential tool for many physicists. This book - originally published in 1990 and republished in 1999 as an enlarged second edition - delves much deeper than ever before into the fundamental concepts, methods, and applications of quantum dissipative systems, including the most recent developments. In this third edition, 26 chapters from the second edition contain additional material and several chapters are completely rewritten. It deals with the phenomena and theory of decoherence, relaxation, and dissipation in quantum mechanics that arise from the interaction with the environment. In so doing, a general path integral description of equilibrium thermodynamics and nonequilibrium dynamics is developed.

《量子耗散系统》是一部深入探讨量子世界中能量损耗与系统演化的权威著作。本书旨在为读者呈现一个清晰而详尽的框架,用于理解和分析那些不可避免地与其环境发生相互作用,从而损失能量并失去相干性的量子系统。 本书的研究对象涵盖了从微观粒子到宏观凝聚态物质的广泛领域。我们将首先建立量子耗散理论的数学基础,介绍描述系统与其环境耦合的通用模型,例如马尔可夫近似和非马尔可夫效应。随后,我们将聚焦于描述量子系统动力学的各种方法,包括路径积分方法、主方程方法以及密度矩阵演化等。 《量子耗散系统》将详细阐述量子光学中的经典耗散现象,如激光、原子与光场的相互作用、腔量子电动力学中的光子损耗等。这些例子将生动地说明耗散如何影响量子态的退相干,以及如何通过巧妙的设计来控制或利用这些效应。 本书还将深入研究量子信息科学领域中耗散的重要性。我们将探讨量子比特的退相干如何限制量子计算和量子通信的性能,并介绍纠错码和量子态制备等技术,以应对耗散带来的挑战。此外,本书还将讨论量子传感和量子测量中耗散的独特作用,以及如何利用耗散来提高测量的精度和灵敏度。 在凝聚态物理方面,《量子耗散系统》将剖析各种材料体系中的耗散过程。例如,我们将分析超导体中的准粒子耗散、半导体量子点的耦合与弛豫、以及磁性材料中的自旋弛豫等。这些分析将有助于读者理解材料性质如何受到环境相互作用的影响,以及如何通过调控材料结构和环境来设计功能性量子设备。 此外,本书还将探讨量子生物学中耗散的潜在作用。我们将会审视能量在生物分子中的传递过程,以及耗散是否在生物能量转换和信息处理中扮演了意想不到的角色。 《量子耗散系统》的写作风格力求严谨而不失可读性,适合物理学、工程学和相关领域的学生、研究人员以及对量子世界充满好奇的读者。书中包含大量的数学推导和物理直觉的解释,辅以清晰的图表和实例,帮助读者逐步掌握复杂概念。读者在阅读本书之前,应具备量子力学和统计物理学的基础知识。 本书的目标是为读者提供一个坚实的理论基础和丰富的应用视角,使他们能够独立地分析和解决量子耗散系统中的问题,并启发新的研究方向。无论您是希望深入理解量子退相干的机制,还是致力于开发基于量子效应的新技术,《量子耗散系统》都将是您不可或缺的参考。 本书的最后一章将展望量子耗散系统研究的未来前沿,包括量子开放系统的非平衡态动力学、与引力相互作用的量子系统,以及如何利用人工智能和机器学习来更有效地模拟和控制复杂的量子耗散系统。我们相信,通过对这些前沿领域的探索,能够为理解和利用量子世界的奥秘开辟新的道路。

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目录信息

读后感

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用户评价

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从这本书的整体学术基调来看,它无疑是一部非常扎实的基础性著作,它成功地将量子力学与统计物理中的耗散概念进行了系统的整合。然而,对于追求跨学科融合的现代物理研究者来说,它似乎错过了许多重要的交汇点。例如,现代量子计算对高保真度量子位的要求,使得对环境噪声的精确控制成为核心挑战,书中对量子误差校正(Quantum Error Correction)与耗散系统动力学的结合讨论,几乎是空白。同样,在信息论与热力学的交叉领域,比如关于Landauer原理在耗散量子系统中的重新审视,这本书也没有给予足够的篇幅。它像是一座建在坚实地基上的宏伟建筑,但其周围的新型连接桥梁却迟迟没有修建。这种“理论自洽”而“视野受限”的特点,使得它更适合作为一本研究生课程的教材,而非一本能激发创新思维的参考书。我合上书本时,脑海中浮现的更多是那些未被探讨的、充满活力的研究方向,而非书中所提供的详尽解答,这或许是它最本质的局限所在。

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关于书中对“环境”的描述,我感到非常不满。在开放量子系统的研究中,环境(Bath)的性质——比如它的谱密度(spectral density)——直接决定了系统的耗散行为和退相干速率。这本书对环境的讨论,几乎都笼统地归结为“一个具有无限自由度的热浴”,然后就直接套用了标准的布朗运动(Brownian motion)类比,缺乏对不同物理环境下(例如固态晶格、量子点阵列、电磁场浴)环境具体物理特征如何影响系统动力学的细致剖析。我渴望看到的是一个更加细致的“环境分类学”,比如针对不同温度、不同耦合强度的具体案例分析。举个例子,在讨论光与物质相互作用时,如果能更深入地探讨长程相互作用和短程相互作用在耗散动力学上的根本差异,而不是将它们一概而论地用简单的指数衰减来描述,那这本书的价值将会大大提升。现在的内容更像是将一套通用公式强行套用到所有情境中,缺乏对物理细节的敏感度。这使得我无法有效地利用这些理论工具去设计针对特定材料或器件的优化方案,阅读体验上更多的是一种理论上的满足感,而非解决实际问题的能力提升。

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这本《Quantum Dissipative Systems》的封面设计着实吸引人,采用了深邃的蓝色调,搭配着简洁的白色字体,给人一种既专业又充满神秘感的感觉,仿佛预示着即将深入探索一个复杂而迷人的物理世界。我原本是冲着对量子理论的浓厚兴趣而翻开这本书的,希望能找到一些关于开放系统中量子行为的深度见解。然而,当我开始阅读后,很快发现它并没有触及我最关心的那些前沿课题,比如量子退相干的最新实验验证或者高维纠缠态在特定环境下的演化模型。全书的论述似乎更偏向于对基础框架的构建,对于那些期望了解最尖端研究进展的读者来说,可能会感到信息量的滞后。书中用了大量的篇幅去铺陈一些经典的热力学概念与量子力学框架的结合,这固然是必要的理论基石,但对我来说,有些部分显得过于冗长和理论化,缺少了那种能立刻抓住读者的“钩子”。我期待的更多是关于如何运用这些理论去解释我们在实验室中观察到的那些微妙的、与孤立系统截然不同的现象,比如能量耗散如何影响量子相变,或者在低温环境下,系统与环境的耦合如何塑造了最终的宏观表现。总体而言,它更像是一部严谨的、面向初学者的教科书式导论,而非一本直击核心难题的研讨性著作,这与我预期的略有偏差,使得阅读过程略显平淡,少了一些令人拍案叫绝的洞察瞬间。

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不得不说,这本书的排版和逻辑结构确实下了不少功夫,每一章的衔接都像是精心编排的乐章,从基础的哈密顿量构建到最终的林布朗方程(Lindblad equation)的应用,层次分明,循序渐进。但遗憾的是,这种教科书式的严谨性,在内容的选择上显得过于保守和传统。我特别关注了书中对“系统-环境”相互作用建模方法的讨论,期望能看到对非马尔可夫(non-Markovian)过程的深入探讨,因为在许多实际的物理系统中,环境的记忆效应至关重要。然而,书中对这类复杂建模的介绍显得相当简略,主要还是围绕着马尔可夫近似展开,这在处理快速或强耦合的耗散过程时,显然是不够用的。我希望作者能用更具说服力的数学工具,去展示如何跨越这种近似的鸿沟,比如引入路径积分方法或者更先进的有效场论工具来处理耗散项的非局域性。此外,书中引用的参考文献大多集中在早期的经典文献上,对于近十年内涌现出的,例如基于量子光学腔模型(cavity QED)来模拟人工耗散环境的研究,几乎没有涉及。这使得整本书的视野显得有些局限,更像是在回顾历史,而非展望未来,对于期望站在学术前沿的读者来说,这种“历史重温”式的体验稍显乏味,期待能在其中找到一些关于如何设计实验来验证这些理论预测的实际案例,但这类内容非常稀缺。

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这本书的语言风格,用一个词来形容就是“晦涩的清晰”。作者的数学功底毋庸置疑,公式推导严密无懈可击,但这种严密性也带来了一个副作用:它极度依赖于读者已经掌握了相当深厚的量子场论和统计力学背景知识。对于我这种在跨学科领域摸索的研究者来说,很多概念的引入缺乏必要的物理直觉铺垫。例如,在介绍密度矩阵演化时,作者直接跳跃到了特定算符的演化方程,而对于为什么选择这种特定的算符映射,以及它在物理图像上究竟代表了什么,解释得非常简略。我更喜欢那种先用形象的比喻或简化的物理模型来建立直观理解,然后再逐步引入严格数学框架的教学方法。读这本书的过程更像是在啃一块干燥的理论面包,虽然营养丰富,但实在难以入口。我本想从中寻找一些关于如何将这些理论应用于凝聚态物理中非平衡态输运问题的启发,特别是关于如何处理电子-声子耦合导致的能量弛豫过程,但书中对这些具体的物理应用场景的讨论,大多停留在概念层面,没有深入到数值模拟或具体数据分析的层面上,这让实际操作层面的读者感到有些无从下手,理论的重量压倒了实践的轻盈。

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