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出版者:

作者:Bosco, Antoinette

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:14.95

装帧:

isbn号码:9780896227491

丛书系列:

图书标签:

• 巧合
• 命运
• 概率
• 关联
• 神秘
• 故事
• 人生
• 偶然
• 事件
• 叙事

《迷雾中的航标：现代量子物理学前沿探索》 一、 导言：在微观世界的边缘眺望 本书旨在为广大物理学爱好者、理工科学生以及对现代科学前沿充满好奇的读者，勾勒出一幅关于量子力学最新进展的详尽图景。我们拒绝陷入枯燥的数学推导，而是着力于清晰地阐释那些颠覆经典物理认知的核心概念、实验进展及其深远哲学意涵。量子世界，这个由概率、叠加态和纠缠主宰的领域，不仅是理论物理学家争论的焦点，更是驱动下一代技术革命的底层逻辑。 《迷雾中的航标》将带领读者深入探索量子力学的“第二篇章”——那些自20世纪80年代以来，在实验技术飞跃的推动下，逐渐从纯粹的数学抽象走向可观测现实的前沿分支。我们聚焦于那些真正重塑我们对物质、信息乃至时空理解的突破。 二、 量子信息科学的基石与实践 信息，在经典世界中是明确无误的比特（0或1）。然而，在量子世界中，信息以量子比特（Qubit）的形式存在，它携带着叠加态的全部潜力。 2.1 量子比特的物理实现：从原子到光子 本章将详细剖析当前构建稳定、可操控量子比特的几大主流技术路径。我们将考察超导电路（如谷歌和IBM采用的Transmon量子位），分析其退相干时间的瓶颈与工程优化策略；深入探讨囚禁离子（Trapped Ions）系统如何利用激光冷却和射频电磁场实现极高的门保真度，并对比其在扩展性上面临的挑战。此外，我们还将讨论拓扑量子计算的前瞻性概念，即利用准粒子来编码信息，以期实现天然抗错误的量子计算机。读者将了解到，量子计算机的“硬件”本身就是最前沿的物理实验。 2.2 量子纠缠的度量与应用：非定域性的威力 纠缠，爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”，是量子信息论的生命线。本部分将摒弃简单的双粒子纠缠描述，转而探讨高维量子态（Qudits）的制备与测量，以及如何通过纠缠熵等数学工具来量化系统中信息的复杂程度。我们将深入剖析纠缠如何在量子隐形传态（Quantum Teleportation）中充当“媒介”，以及它在量子密钥分发（QKD）中提供不可破解安全性的机制。理解纠缠，就是理解量子信息处理的真正资源所在。 三、 量子引力与时空结构的新视角 量子力学描述微观，广义相对论描述宏观引力。试图将两者统一的“量子引力”理论，是理论物理学的圣杯。本书的这一核心章节，将探讨当前最热门的几种尝试如何改变我们对时空本质的看法。 3.1 AdS/CFT对偶：引力的全息投影 反德西特/共形场论（AdS/CFT）对偶，是描述量子引力的一种强大的、具有数学严谨性的工具。本章将用通俗易懂的方式解释这一惊人的猜想：一个具有引力的理论（如弦论中的AdS空间）可以等效于一个没有引力的、存在于更低维度的量子场论（CFT）。我们将着重探讨该对偶如何帮助物理学家解决强耦合系统中的问题，例如黑洞信息悖论的可能出口——信息是否以全息图的形式编码在事件视界上？ 3.2 虫洞、时空隧道与量子纠缠的联系 近年来，量子纠缠与时空几何之间的联系变得异常紧密。我们将介绍ER=EPR猜想：爱因斯坦-罗森桥（虫洞）与爱因斯坦-波多尔斯基-罗森对（量子纠缠）之间的内在等价性。这暗示着，我们所感知的时空结构，可能就是由大量的量子纠缠“编织”而成的。读者将跟随最新的研究，探讨在特定量子态下，是否有可能通过“缝合”纠缠来实现微观尺度的时空连接。 四、 跨越边界的实验：从真空到生命 量子现象不再局限于低温真空中的原子实验室。本部分关注的是，量子效应如何渗透到更复杂、更“热”的系统中，并催生新的应用领域。 4.1 物质波干涉与引力传感 我们回头审视物质波干涉的最新进展，特别是利用大型分子（如富勒烯）进行干涉实验，这直接挑战了宏观物体遵循经典运动定律的直觉。更进一步，我们将介绍原子干涉仪如何成为地球上最精确的传感器，用于测量重力梯度、加速度，乃至探测暗物质的微小扰动。这些设备利用了量子叠加态的极端灵敏性。 4.2 开放量子系统与生物物理学的交汇 “开放量子系统”描述的是一个与环境持续发生相互作用的量子系统。环境的“观察”导致了退相干。然而，令人惊奇的是，一些生物过程，如光合作用中的能量传输和酶催化反应，似乎巧妙地利用了量子相干性来提高效率。本章将探讨生物学家和物理学家如何合作，使用诸如二维电子光谱学（2DES）的技术，来捕获这些瞬态的量子动力学过程，揭示生命在分子层面上的“量子优势”。 五、 哲学回响与未来展望 量子物理学始终是检验我们世界观的试金石。本书的尾声，将回归到对核心概念的再审视，而非停留在技术层面。 我们将探讨多世界诠释（MWI）、退相干理论等诠释学流派的最新论战，分析它们在解释量子测量问题上的优势与不足。我们不会给出最终答案，而是呈现一个动态的、正在进行中的科学对话。 最后，展望未来十年，我们预测量子模拟器（利用一个可控的量子系统来模拟另一个难以处理的量子系统）将超越传统计算机的极限，并在材料科学、药物研发中扮演关键角色。 《迷雾中的航标》旨在成为读者手中那盏指引方向的灯塔，照亮现代物理学中最深邃、最令人兴奋的领域。它不仅是一本知识的汇集，更是一次对宇宙本质的深刻追问。

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