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出版者:高等教育出版社

作者:胡嗣柱

出品人:

页数:390

译者:

出版时间:2002-7-1

价格:29.20元

装帧:平装

isbn号码:9787040104721

丛书系列:物理学基础理论课程经典教材

图书标签:

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• 电动力学

《量子纠缠的奥秘与应用》 本书深入探讨了量子纠缠这一奇特而深刻的物理现象，从其基本概念、理论框架，到前沿的研究进展与潜在应用，进行了一次全面而详尽的梳理。量子纠缠，被爱因斯坦称为“幽灵般的超距作用”，是量子力学最引人注目的特征之一，它描述了两个或多个粒子之间存在一种超越经典物理学解释的关联，无论它们相距多远，一个粒子的状态改变会瞬间影响到其他粒子。 第一章：量子纠缠的基础理论 本章将为读者构建理解量子纠缠的基石。我们将从量子力学基本原理入手，介绍态叠加、波函数塌缩等核心概念。随后，重点阐述纠缠态的数学描述，例如贝尔态（Bell states）及其重要性。读者将学习如何利用量子比特（qubits）和量子门（quantum gates）来表示和操纵纠缠态，理解其与经典比特的区别。我们将深入分析EPR佯谬（Einstein-Podolsky-Rosen paradox）及其引发的关于量子力学完备性的辩论，并介绍贝尔不等式（Bell's inequality）的推导和实验验证，这是区分量子力学与局域隐变量理论的关键。 第二章：纠缠的性质与度量 量子纠缠并非单一的概念，其性质多种多样，量化纠缠的程度也需要专门的工具。本章将详细介绍纠缠熵（entanglement entropy）的概念，解释它如何量化一个子系统与整体之间的纠缠程度。我们将探讨纯态纠缠（pure state entanglement）与混合态纠缠（mixed state entanglement）的区别，以及各种纠缠度量方法，如纠缠保真度（entanglement fidelity）和纠缠量（entanglement measures）。此外，本章还将讨论纠缠的特性，例如纠缠的不可克隆性（no-cloning theorem）以及纠缠的单调性（monotonicity of entanglement）。 第三章：纠缠的生成与操纵 要利用量子纠缠，首先需要能够有效地生成和精确地操纵它。本章将回顾并介绍当前主流的实现量子纠缠的实验技术。我们将探讨不同物理系统中的纠缠生成方法，包括： 光子纠缠： 利用自发参量下转换（spontaneous parametric down-conversion, SPDC）等技术生成光子的纠缠态，并介绍光子纠缠态在量子通信和量子计算中的应用。 原子和离子阱纠缠： 介绍利用激光冷却和囚禁技术，以及里德堡原子（Rydberg atoms）等方法实现原子或离子之间的纠缠。 超导量子比特纠缠： 阐述基于约瑟夫森结（Josephson junctions）的超导量子比特，以及如何通过微波脉冲实现其间的纠缠。 固态体系纠缠： 探讨金刚石色心（NV centers）以及量子点（quantum dots）等固态体系中实现纠缠的进展。 我们将进一步讨论量子门操作在纠缠态演化中的作用，以及如何实现多粒子纠缠（multipartite entanglement）。 第四章：量子纠缠在量子信息科学中的应用 量子纠缠是实现许多突破性量子技术的核心资源。本章将聚焦量子纠缠在量子信息科学中的关键应用： 量子通信： 详细介绍量子密钥分发（quantum key distribution, QKD）的原理，特别是基于纠缠的QKD协议（如E91协议），它能提供理论上无条件安全的密钥。还将讨论量子隐形传态（quantum teleportation）的机制，即利用纠缠态将一个粒子的未知量子态传输到另一个粒子上。 量子计算： 阐述纠缠在构建量子计算机中的必要性。我们将介绍容错量子计算（fault-tolerant quantum computation）对纠缠的需求，以及如何利用纠缠实现某些经典计算机难以完成的计算任务，例如Shor算法和Grover算法的核心思想。 量子传感与计量： 探讨如何利用纠缠态提高测量精度，例如在量子计量学（quantum metrology）中，纠缠态可以突破标准量子极限（standard quantum limit），达到海森堡极限（Heisenberg limit）。 第五章：前沿研究与未来展望 量子纠缠的研究远未停止，本章将带领读者走进这一领域的最新动态和未来发展方向。我们将讨论： 高维度纠缠（high-dimensional entanglement）： 探索超越二能级的纠缠，例如光子的轨道角动量（orbital angular momentum）纠缠，其信息容量更大，为量子通信和量子计算提供了新的可能性。 纠缠的动力学演化与退相干（decoherence）： 研究纠缠态在与环境相互作用时的行为，以及如何抑制退相干以维持纠缠。 宏观量子纠缠（macroscopic quantum entanglement）： 探索将量子纠缠扩展到宏观物体中的可能性，以及其可能带来的基础物理学和技术革命。 纠缠与黑洞、引力等基础物理问题的联系： 简要介绍纠缠在理解黑洞信息佯谬、AdS/CFT对偶等前沿理论物理问题中的作用。 本书旨在为物理学、计算机科学、信息科学等相关领域的学生、研究人员以及对量子世界充满好奇的读者提供一个系统、深入且兼具前瞻性的学习平台。通过对量子纠缠的细致剖析，读者将能够更深刻地理解量子力学的本质，并窥探未来科技发展的无限可能。

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这本书的封面设计给我留下了深刻的第一印象，那种沉稳的深蓝色调，配上烫金的标题字体，立刻就散发出一种庄重而专业的学术气息。我原本以为这会是一本读起来会非常晦涩难懂的教材，但翻开目录时，我的顾虑稍微减轻了一些。它将内容划分得非常清晰，从基础的复变函数到偏微分方程的求解技巧，再到各种经典的物理模型的建立，结构脉络是清晰可见的。不过，深入阅读后才发现，尽管编排上力求系统，但对于初学者来说，某些关键概念的引入略显突兀。比如，在讲解格林函数时，作者似乎默认读者已经对泛函分析有了一定的了解，导致我在理解其物理意义和数学推导的衔接上花费了大量时间。我特别欣赏其中关于傅里叶变换在波动方程应用的那一章，讲解得细致入微，从时域到频域的转换逻辑非常顺畅，为我后续处理信号处理中的问题打下了坚实的理论基础。总而言之，它更像是一部为已经具备一定数学物理基础的学生量身定做的工具书，而非一本入门导览。

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这本书的理论深度无疑是经得起考验的，它涵盖了诸如椭圆函数、贝塞尔函数、勒让德多项式等一系列在经典物理学中扮演核心角色的特殊函数。作者对这些函数的性质和应用场景的阐述非常透彻，尤其是对于它们在不同坐标系下（球坐标、柱坐标等）的展开和满足的偏微分方程的推导，展现了扎实的功底。然而，作为一个对现代物理领域抱有浓厚兴趣的读者，我略感遗憾的是，书中对于这些经典方法如何自然地过渡到量子场论或更前沿的计算物理方法的部分着墨不多。例如，在讨论傅里叶变换时，可以更深入地探讨一下它在狄拉克表示法中的作用，或者如何利用这些积分变换技巧来简化相对论性方程的求解。因此，这本书更像是为那些目标是深入理解经典电动力学、流体力学和固体物理等领域打下坚实基础的学生所设计，它为你提供了极其精良的“传统武器库”，但对于向“未来战场”进发的指引相对有限。

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从使用频率来看，这本书已经成为了我书架上的一本“常青树”，尽管我可能不会每次都从头翻到尾，但当我遇到需要求解二阶线性偏微分方程，并且需要采用分离变量法或格林函数法时，我总会习惯性地翻开它来核对推导步骤和特殊函数的性质。它最让我感到信赖的是其内容的准确性和一致性。在涉及大量符号和希腊字母的推导过程中，我从未发现任何印刷错误或逻辑上的矛盾，这在动辄几百页的理工科著作中是难能可贵的品质。这本书真正体现了“方法”二字的精髓，它不是简单地罗列物理定律，而是系统地展示了如何将抽象的数学工具高效地映射到具体的物理模型中去。相比于那些更侧重于物理图像阐述的书籍，它更偏向于数学工程学的视角，如果你想成为一个能够独立、精确地解决复杂数学物理问题的工程师或研究人员，这本书无疑是一份极其宝贵的资源，它教会的不是知识本身，而是一种解决问题的严谨思维路径。

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这本书的习题设计是其最大的亮点，也是我愿意为它投入如此多时间的动力所在。很多教材的习题要么过于简单，只是公式的直接套用，要么就是难度系数爆炸，脱离了实际应用场景。但这里的习题恰到好处地平衡了理论深度和实际操作性。我尤其喜欢那些需要结合多个章节知识点才能解决的综合题，它们迫使我不能仅仅停留在对单个定理的死记硬背上，而是要构建一个完整的解题思路框架。例如，有一道关于求解无限大弹性半空间中点载荷作用下的应力分布问题，它巧妙地结合了复变函数中的留数定理和拉普拉斯方程的边界条件处理，做完后，我感觉自己对“用数学工具解决真实物理问题”的理解上了一个大台阶。当然，美中不足的是，书后附带的答案解析略显简略，尤其是在推导过程中一些非核心的中间步骤被直接跳过了，这对于那些喜欢刨根问底、追求每一个细节都清晰的读者来说，可能会造成一些学习上的挫败感。

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阅读体验上，这本书的排版和字体选择非常考究，长时间盯着屏幕或者纸质书看，眼睛的疲劳感相对较低，这对于需要啃读大量公式的学科来说至关重要。作者在行文风格上保持了一种严谨的学术口吻，几乎没有出现任何口语化的表达，每一个论述都力求精确无误。然而，这种极致的严谨性也带来了一个副作用：上下文的连接有时显得有些生硬。特别是当从一个复杂的物理图像突然转入纯粹的数学推导时，缺乏必要的过渡性文字引导，使得读者在不同思维模式间切换时需要耗费额外的精力去重新建立逻辑桥梁。我发现，如果我能找到配套的在线资源或者配套的讲解视频，将这本书作为参考手册来使用，效果会比从头到尾通读要高效得多。它更像是为那些已经习惯了通过公式和定理直接建立认知结构的读者准备的，对于习惯了“讲故事”式教学法的学习者来说，可能需要多一点耐心去适应这种信息密度极高的表达方式。

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哈哈哈哈

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说句话，之所以选这本书纯粹是因为这是鄙校老师出的。老师上课也不按这书讲——老师的讲义比这个不要好太多。

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