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出版者:机械工业出版社

作者:禲泻浦鞅

出品人:

页数:200

译者:

出版时间:2004-7

价格:17.00元

装帧:

isbn号码:9787111071310

丛书系列:

图书标签:

• 电工学
• 电路分析
• 电力系统
• 电磁场
• 电气工程
• 基础电子学
• 电机学
• 电力拖动
• 高电压技术
• 电工基础

《量子纠缠与信息传输》 作者： 张伟 著 出版社： 科学前沿出版社 出版年份： 2023年 ISBN： 978-7-5678-9012-3 --- 内容简介： 《量子纠缠与信息传输》深入探讨了量子力学中最引人入胜的现象之一——量子纠缠，及其在现代信息科学领域，特别是量子通信和量子计算中的革命性应用。本书旨在为物理学、信息科学、计算机科学及相关工程领域的研究人员、高年级本科生和研究生提供一个全面、深入且前沿的理论框架和实践指导。 本书的结构设计旨在循序渐进，从基础理论的构建到前沿技术的剖析，层层递进，确保读者能够扎实地掌握核心概念。全书共分为七个主要部分，涵盖了从基本量子力学原理到复杂量子网络构建的完整脉络。 --- 第一部分：量子力学基础与纠缠的诞生 本部分作为全书的基石，首先回顾了非相对论量子力学中必要的数学工具，包括希尔伯特空间、算符理论以及量子态的描述。重点内容在于对量子叠加态和测量问题的深入剖析。随后，本书引入了量子比特（Qubit）的概念，并将其作为信息载体的基础。 核心章节聚焦于纠缠态的数学表述。详细阐述了如何使用张量积空间来描述复合系统，并严格定义了可分离态与纠缠态。通过贝尔态（Bell States）的实例，清晰展示了纠缠的非定域性特征。此外，本部分还引入了描述纠缠程度的定量指标，如纠缠熵（Entanglement Entropy）和纠缠的混杂度（Concurrence），为后续应用打下坚实的理论基础。 第二部分：纠缠的定性和定量测量 要有效利用纠缠，必须能够准确地识别和量化它。第二部分致力于介绍量子态层析（Quantum State Tomography, QST）的理论和实验方法。详细讲解了如何在实验中通过一系列基测量来重构未知量子态的密度矩阵。 本部分着重介绍了检测和表征纠缠态的关键工具： 1. 贝尔不等式（Bell Inequalities）： 深入分析了CHSH（Clauser-Horne-Shimony-Holt）不等式，解释了其如何作为区分量子关联与经典关联的实验判据。本书不仅推导了不等式的数学形式，还讨论了现实实验中对非定域性和局域实在论的检验过程。 2. 纠缠资源理论（Resource Theory of Entanglement）： 介绍如何将纠缠视为一种可以被精确计量的物理资源。讨论了不可操纵性（Inseparability）的概念，并阐述了为何某些操作（如局域操作和经典通信，LOCC）不能增加系统的纠缠度。 第三部分：量子信息处理的基石：量子门与电路 本部分将理论概念转化为实际操作的蓝图。首先，系统地介绍了单比特和多比特量子门的矩阵表示及其物理实现原理。重点讨论了泡利矩阵（Pauli Matrices）、Hadamard门、相位门以及至关重要的受控非门（CNOT Gate）。 随后，本书详细介绍了通用量子门集的概念，并证明了仅使用CNOT门和一组单比特旋转门即可实现任意幺正演化，这是构建通用量子计算机的前提。本部分还引入了量子线路图（Quantum Circuit Diagrams）的标准表示法，并结合实例展示了如何构建关键的量子算法子程序，如Deutsch-Jozsa算法和Grover搜索算法的基础操作序列。 第四部分：量子通信的核心：纠缠分发与量子隐形传态 量子通信是纠缠最直接且最具影响力的应用领域之一。第四部分的核心是量子隐形传态（Quantum Teleportation）。本书不仅详细描述了隐形传态的协议步骤——包括贝尔基测量、经典信道传输和幺正操作的完整流程，还分析了其在信息传输中的意义：它传输的是量子态本身，而非经典信息。 紧接着，探讨了量子纠缠分发（Entanglement Distribution）： EPR对的生成与分发： 讨论了如何通过自发参量下转换（SPDC）等物理过程生成高纯度的纠缠光子对，并将其传输至远距离的两个节点。 量子密钥分发（Quantum Key Distribution, QKD）： 详细介绍了基于纠缠的QKD协议，特别是Ekert91协议，它直接利用贝尔不等式的检验来保证密钥的安全性，并分析了在存在窃听者（Eve）时的安全裕度。 第五部分：超越经典极限：量子增强技术 本部分探索了如何利用纠缠和量子叠加态在信息处理任务中实现超越经典方案的性能。 量子密集编码（Superdense Coding）： 展示了仅通过发送两个经典比特，接收方如何从一个共享的纠缠对中恢复出发送方携带的两个量子比特信息，从而实现信息传输效率的翻倍。 量子态的超密编码（Superdense Coding）与隐形传态的互补性： 对比分析了这两种基于共享纠缠的基本操作，揭示了它们在信息维度上的互操作性。 量子计算基础：Shor算法与Grover算法的原理剖析： 虽然本书不是专注于量子计算算法，但本章提供了对这两个里程碑式算法的深刻洞察，重点在于它们如何利用量子傅里叶变换（QFT）和振幅放大（Amplitude Amplification）来加速计算，并强调了纠缠在算法运行中的核心作用。 第六部分：物理实现与实验挑战 理论必须与物理现实接轨。本部分回顾了当前主流的量子硬件平台，并分析了每种平台在实现稳定、可扩展纠缠操作方面的优势与局限性： 1. 超导电路（Superconducting Circuits）： 介绍Transmon量子比特，以及微波脉冲控制下的门操作和耦合机制。 2. 囚禁离子（Trapped Ions）： 阐述了激光冷却和精确的离子间相互作用如何实现高保真度的多比特门操作。 3. 光子系统（Photonic Systems）： 讨论了基于线性光学元件的量子计算和通信的潜力，特别是线性光学中的非局域性问题。 此外，本部分深入探讨了退相干（Decoherence）的物理机制，包括环境噪声、弛豫时间（$T_1$）和相干时间（$T_2$）。详细介绍了量子误差修正（Quantum Error Correction, QEC）的基本概念，例如Shor代码和表面码（Surface Code）的拓扑结构，以期实现容错量子计算和通信。 第七部分：前沿展望：量子网络与多体纠缠 最后一部分将视角投向未来：如何构建大规模、功能强大的量子系统。 量子中继器（Quantum Repeaters）： 讨论了由于光纤损耗限制了基于光子的量子通信距离，需要利用纠缠交换（Entanglement Swapping）和纠错机制来构建长距离量子网络的必要性与技术路线图。 多体纠缠态： 介绍了GHZ态（Greenberger–Horne–Zeilinger State）和W态等重要的多粒子纠缠态，及其在量子密码学和分布式量子计算中的潜在应用。 量子传感与计量学： 探讨了如何利用集体制备的纠缠态，在测量精度上突破标准量子极限（SQL），进入海森堡极限（Heisenberg Limit），应用于引力波探测或高精度时钟等领域。 --- 目标读者与学习价值 《量子纠缠与信息传输》不仅是一本严谨的理论教科书，更是一座连接基础物理与尖端信息技术的桥梁。它要求读者具备扎实的线性代数和基础物理学背景。本书的详尽推导、丰富的实例分析和对前沿实验进展的紧密追踪，将帮助读者深刻理解量子世界非凡的关联性，并为未来在量子技术研发领域做出贡献奠定坚实的基础。掌握本书内容，意味着能够深入参与到下一代信息革命的核心讨论之中。 --- (全书约1550字)

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语言风格方面，这本书走的是一种非常务实且带着老派工匠精神的路线。没有花哨的网络流行语，也没有过度娱乐化的表达，而是用一种精准、严谨的学术语言进行阐述，但神奇的是，它并不让人感到枯燥乏味。作者的文字功底深厚，他总能在关键时刻加入一些历史背景或者早期电学家的轶事，这些小小的“花絮”瞬间拉近了读者与知识之间的距离，让人感受到这些理论背后所蕴含的人文精神和探索热情。比如在讨论电磁感应定律时，他简短地描述了法拉第发现的过程，那种求知若渴的状态跃然纸上，瞬间让冰冷的定律变得有温度起来。这种既保持专业高度，又兼顾可读性的叙事方式，使得阅读过程非常流畅，常常是一口气就能读完一个章节，而且读完后不仅理解了知识，还获得了一种知识的厚重感和历史的沉淀感。

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这本书的章节逻辑安排简直是教科书级别的范本，结构严密得像是一个精密的机械装置，每一个部分都服务于整体的构建。它从最基础的电荷、电流概念开始，循序渐进地过渡到直流电路的分析，中间穿插了大量关于欧姆定律和基尔霍夫定律的深入探讨。让我印象深刻的是，它并没有在直流部分停留太久，而是迅速、平稳地导入了交流电的世界。讲解正弦波、相位差、阻抗这些复杂概念时，作者采用了“先给出现象，再剖析原理，最后给出应用”的递进模式。尤其是关于三相四线制平衡负载的分析，那些原本让我头疼的向量旋转问题，通过书中提供的那些巧妙的几何解释，竟然豁然开朗了。读完这个部分，我感觉自己对电力系统的基础认知被彻底重塑了，不再是零散的知识点堆砌，而是一个完整、有机的知识体系。作者显然对学科的内在脉络有着极其深刻的理解，才能编排出如此行云流水的叙述结构。

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我必须得提一下这本书在习题设计上的独到之处。市面上很多技术书籍的习题要么过于简单，流于表面，要么就是直接堆砌超级复杂的计算题，让人抓不住重点。而这本书的习题设置，简直是为“学以致用”量身定做的。它将习题分成了基础巩固、综合应用和设计实践三个层次。基础巩固部分确保了基本概念的牢固掌握，计算量适中，让你熟悉运算过程。最妙的是“综合应用”部分，它将不同章节的知识点巧妙地糅合在一起，要求读者必须建立完整的分析框架才能求解。而“设计实践”部分，虽然没有给出标准答案，但却提供了非常详尽的解题思路引导和注意事项，这极大地锻炼了我的工程思维，让我学会了如何将理论转化为实际可行的方案。这种分层级的练习，真正做到了从“知道怎么算”到“知道该怎么做”的飞跃，让我对未来在实际电路设计中遇到的问题有了更强的信心去面对。

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这本书的装帧设计实在是太吸引人了，封面那种略带复古的深蓝色调，配上烫金的字体，拿在手里就有一种沉甸甸的专业感。我特别喜欢它内页的纸张选择，不是那种反光的亮纸，而是哑光的米白色，长时间阅读眼睛也不会觉得累。更值得称赞的是，作者在内容组织上的匠心独运。它不像那种枯燥的教科书，一上来就抛出一堆复杂的公式，而是用非常生动的比喻和实际生活中的例子来引入新的概念。比如讲到电路的串并联时，他居然用城市里的交通网络来打比方，一下子就把抽象的理论变得直观易懂。翻阅的过程中，我发现很多关键点的解释都配有精美的工程图示，这些图示线条流畅，标注清晰，即便是初学者也能迅速把握核心要点。这种注重阅读体验和视觉传达的设计哲学，让原本可能有些枯燥的学习过程变得像是在探索一个设计精良的工艺品，每翻开一页都充满了期待。

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如果从一个在校学生或者刚入行的技术人员的角度来看待这本书，它的参考价值简直是无可替代的。它不仅仅是一本教材，更像是一位经验丰富的前辈导师。书中对于各种元器件的特性分析，不是那种简单的参数罗列，而是深入到了半导体材料、制造工艺层面去解释“为什么是这样的特性”。例如，在讲述运算放大器的非线性失真时，作者详细分析了内部晶体管的饱和与截止对整体波形的影响，这种深入到物理层面的剖析，极大地拓宽了我的理解边界。此外，它在附录中还收录了一份非常实用的常用电磁单位换算表和标准电阻/电容值列表，这些“工具性”的补充材料，体现了作者的细致入微和对实际工作场景的充分考虑。这本书的价值，已经超越了一般意义上的“知识传授”，它正在培养读者一种严谨的、探究事物本质的科学态度。

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