Entanglement and Decoherence pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Tiersch, Markus 编

出品人:

页数:330

译者:

出版时间:

价格:$ 123.17

装帧:

isbn号码:9783540881681

丛书系列:

图书标签:

• 量子力学
• 量子信息
• 量子纠缠
• 退相干
• 开放量子系统
• 量子计算
• 量子光学
• 统计物理
• 凝聚态物理
• 基础物理学

《量子纠缠的幽灵：探索宏观世界的量子奥秘》 引言 自古以来，人类便对世界的本质充满好奇。从原子内部的微观粒子到浩瀚宇宙的星辰大海，我们不断试图理解构成万物的基本法则。在物理学的宏伟殿堂中，量子力学无疑是最具颠覆性和最引人入胜的领域之一。它以前所未有的精度解释了微观世界的奇特现象，但也带来了许多挑战我们直觉的悖论和概念。在众多量子现象中，“量子纠缠”以其“鬼魅般的超距作用”而闻名，似乎挑战着我们对空间和因果的理解。而“退相干”则像是量子世界通往我们熟悉宏观世界的必经之路，是量子奇迹消散的无形之手。 本书《量子纠缠的幽灵：探索宏观世界的量子奥秘》并非一本艰深晦涩的量子物理学教材，也不是一本充斥着复杂数学公式的研究报告。相反，它旨在以一种清晰、引人入胜且易于理解的方式，带领读者踏上一段探索量子纠缠和退相干这两个核心量子现象的旅程。我们将深入探讨它们是什么，它们如何运作，以及它们对我们理解宇宙以及未来科技发展所带来的深远影响。本书将侧重于概念的阐释，历史的脉络，以及这些现象在现实世界中的体现和潜在应用，让读者在轻松阅读中领略量子世界的魅力。 第一章：量子世界的奇点——何为纠缠？ 本章将首先抛出几个引人入胜的问题：为什么两个分离遥远的粒子似乎能够瞬间“感知”到对方的状态变化？这种“心灵感应”般的联系，是否真的存在？我们将从纠缠的概念入手，解释它是量子力学中一种独特而深刻的关联。简单来说，当两个或多个量子粒子以某种方式相互作用后，它们的状态就变得不再独立，即使它们被分隔到宇宙的两端，测量其中一个粒子的状态，另一个粒子的状态也会立刻随之确定。 我们将回顾纠缠的发现历程，从爱因斯坦、波多尔斯基和罗森（EPR）提出的思想实验，到贝尔不等式的提出与实验验证，逐步揭示纠缠并非简单的巧合或未知的“隐变量”在起作用，而是量子力学基本框架下不可避免的结论。我们将用生动的比喻和形象的图示，解释什么是叠加态、量子态，以及纠缠态与经典关联态的区别，让读者理解纠缠的“非局域性”和“非定域性”是如何颠覆我们日常经验的。我们将避免过多的数学推导，而是聚焦于概念的理解，让读者对这种“幽灵般的超距作用”有一个初步但深刻的认识。 第二章：退相干的阴影——量子奇迹的消散 如果纠缠是量子世界如此迷人的特征，那么为什么我们在日常生活中几乎感受不到它的存在？为什么庞大的宏观物体，比如我们自己，并没有处于叠加态或者纠缠态？本章将引入“退相干”这一概念，它是理解量子现象如何消失并转化为我们熟悉的经典现实的关键。 退相干的核心思想是，量子系统并非孤立存在的，它们总是与周围的环境发生着无穷无尽的相互作用。这些相互作用，无论多么微弱，都会不断地“窃取”量子系统的相干性信息，导致叠加态迅速崩溃，纠缠关系也随之瓦解。我们将用直观的方式解释退相干的过程，就像一件精美的玻璃艺术品，暴露在风雨中，最终会变得粗糙、破碎。 我们将探讨环境耦合、测量效应以及信息泄露在退相干中的作用。我们将通过类比，比如一个精密的钟表，一旦与外界的振动和干扰发生耦合，其走时精度就会受到影响，从而解释为什么宏观物体由于与海量粒子组成的庞大环境持续相互作用，其量子特性会瞬间消失。本章将强调，退相干并非“量子态的丢失”，而是量子态的信息被转移到环境中，使得宏观观察者无法再区分不同的叠加态，从而表现为经典概率。 第三章：纠缠与退相干的博弈——通往宏观世界的桥梁 本章将把前两章的概念结合起来，深入探讨纠缠与退相干之间动态的“博弈”关系。我们将理解，量子纠缠是量子世界固有的一种关联，而退相干则是环境影响下量子相干性丧失的过程。正是这种博弈，决定了宏观世界的经典性质。 我们将探讨量子系统在不同尺度上的行为差异。微观粒子由于其隔离性和低维度的相互作用，可以长时间保持量子相干性，展现出纠缠的奇妙。然而，一旦系统增大，与环境的相互作用增强，退相干的速度就会急剧加快，量子特性瞬间湮灭。我们将通过一些经典的实验例子，例如双缝干涉实验，来展示微观粒子独特的量子行为，以及当实验装置放大后，这些行为如何被退相干所掩盖。 本章还将探讨，退相干并非完全是“负面”的。在某些情况下，我们反而需要主动地“控制”退相干，以实现特定的技术目标。理解纠缠与退相干的相互作用，是我们在量子世界中进行精确操控的前提。 第四章：纠缠的实践——量子信息与计算的未来 量子纠缠并非仅仅是一个理论上的奇观，它更是未来革命性技术的核心驱动力。本章将聚焦于量子纠缠在量子信息科学和量子计算领域的应用。 我们将介绍量子通信，特别是量子密钥分发（QKD）。通过利用纠缠粒子的特性，QKD能够实现理论上绝对安全的加密通信，任何窃听行为都会被立即发现。我们将解释纠缠如何使得加密密钥的生成和分发变得不可被复制和破解，从而为网络安全带来前所未有的保障。 随后，我们将深入探讨量子计算。我们将解释，与经典计算机使用比特（0或1）不同，量子计算机利用量子比特（qubits）可以处于叠加态，并且可以通过纠缠实现强大的并行计算能力。我们将介绍量子算法，例如Shor算法和Grover算法，以及它们在密码破解、药物研发、材料设计等领域的巨大潜力。我们将解释，为什么纠缠是实现这些指数级加速的关键。 第五章：退相干的挑战与应对——构建稳定的量子系统 尽管退相干会湮灭量子特性，但对于实现有用的量子技术，我们必须积极应对退相干带来的挑战。本章将探讨科学家们如何努力减缓退相干的影响，以及如何设计和构建更鲁棒的量子系统。 我们将介绍“量子纠错”的概念。就像在经典计算机中存在纠错码一样，量子纠错也旨在保护量子信息免受退相干的干扰。我们将解释，量子纠错并非简单地复制量子比特，而是利用纠缠的冗余性来检测和修复错误。 我们还将探讨各种提高量子系统相干时间的策略，例如使用超低温环境、真空环境、磁屏蔽以及精心设计的材料和结构。我们将介绍不同类型的量子比特（如超导量子比特、离子阱量子比特、光子量子比特等）在抵抗退相干方面的优缺点，以及科学家们在优化这些系统方面所做的努力。 第六章：量子纠缠与退相干在基础科学中的意义 除了技术应用，量子纠缠和退相干在深化我们对宇宙基本规律的理解方面也起着至关重要的作用。本章将从更宏观的视角审视这两个概念。 我们将探讨量子纠缠在量子引力、黑洞信息悖论等前沿物理研究中的潜在作用。一些理论认为，量子纠缠可能与时空的几何结构有着深刻的联系，甚至可能是构建宇宙的基本“粘合剂”。 我们还将讨论退相干如何帮助我们理解量子态与经典态的过渡，以及量子测量问题的本质。退相干提供了一个自然的框架来解释为什么我们观察到的世界是经典的，尽管其底层是由量子规律支配的。 结论：拥抱量子世界的幽灵 本书的最后，我们将带领读者回顾量子纠缠和退相干所描绘的奇妙图景。我们将再次强调，这两个概念并非相互对立，而是量子世界运行的内在逻辑。纠缠赋予了量子系统强大的关联能力，而退相干则引导着这些系统走向我们所熟悉的宏观现实。 我们希望通过本书，能够激发读者对量子世界的持续好奇心。量子科学正以前所未有的速度发展，我们对纠缠和退相干的理解也将不断深化。这些“幽灵般的”量子现象，正悄然改变着我们认识世界的方式，并驱动着一场深刻的技术革命。理解它们，就是理解我们正在走向的未来。 本书的目标是让每一个对科学充满好奇心的读者，都能跨越理论的藩篱，感受量子纠缠的迷人魅力，理解退相干的必然作用，并对未来充满期待。这是一个关于探索、理解和创新的旅程，邀请您一同加入。

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