Annual Reports on NMR Spectroscopy pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Academic Pr

作者:Webb, Graham A. 编

出品人:

页数:385

译者:

出版时间:2005-6

价格:$ 289.28

装帧:HRD

isbn号码:9780125054553

丛书系列:

图书标签:

• 核磁共振
• NMR
• 光谱学
• 年报
• 化学
• 物理
• 分析化学
• 分子结构
• 材料科学
• 科学文献
• 研究综述

21世纪物理学前沿：量子计算与信息科学的深度探索 图书名称：Quantum Frontiers: Computation, Information, and the Fabric of Reality 图书简介： 本书深入剖析了21世纪物理学最为激动人心的交叉领域：量子信息科学与量子计算的理论基础、工程实现及其对未来技术产生的颠覆性影响。我们不再局限于对既有光谱分析工具的梳理，而是将目光投向了物质世界最深层的运作机制，以及我们如何利用这些机制来处理信息、构建全新的计算范式。 第一部分：量子力学基础的重述与信息论的融合 本部分旨在为读者，无论其背景是传统物理学、计算机科学还是工程技术，提供一个坚实的认知框架。我们首先回顾了量子力学的基本公设，但视角侧重于信息的视角。 1. 哥本哈根诠释的现代解读： 深入探讨了量子态的数学描述——希尔伯特空间、态矢量和密度矩阵的物理意义。重点分析了测量过程的非幺正性（不可逆性）如何与信息擦除（Landauer原理的量子版本）相联系。我们详细比较了对量子力学的不同哲学诠释（如多世界诠释、退相干理论），并论证了哪种诠释最有利于量子信息处理的设计。 2. 量子比特（Qubit）的定义与实现挑战： 不仅仅是 $|0 angle$ 和 $|1 angle$ 的叠加态，我们将其定义为二能级系统携带的最小信息单元。探讨了实现物理量子比特的几种主要技术路线（超导电路、离子阱、拓扑量子比特）在相干时间、门保真度和可扩展性方面的优劣权衡。重点分析了退相干（Decoherence）的物理机制——与环境的耦合，并引入了噪声模型（如比特翻转、相位翻转）来量化这种退化效应。 3. 量子信息的度量： 传统香农熵不再是唯一的度量标准。本书详细介绍了冯·诺依曼熵（Von Neumann Entropy）在描述纯态和混合态信息内容上的优越性。更进一步，我们探讨了纠缠（Entanglement）作为一种纯粹的量子资源，并用纠缠熵（Entanglement Entropy）来量化子系统之间的关联强度，这是理解多体系统复杂性的关键工具。 第二部分：量子算法的理论突破与应用潜力 本部分是本书的核心，专注于那些彻底超越经典计算能力的算法，以及它们如何利用量子叠加态和纠缠态的特性。 1. 秀尔（Shor）算法的深入剖析： 不仅仅是展示其因式分解的指数级加速，我们详述了实现这一加速所需的关键子程序：量子傅里叶变换（QFT）。详细推导了 QFT 的电路结构、对精度和噪声的敏感性，并探讨了在当前噪声中等规模量子（NISQ）设备上实现部分因式分解的尝试。 2. 格罗弗（Grover）算法的优化与变体： 针对无结构数据库搜索的平方根加速，我们着重分析了格罗弗迭代的几何意义——在希尔伯特空间中对目标向量的“翻转”操作。讨论了如何通过优化迭代次数和初始化态来适应不同的噪声环境，以及该算法在解决NP问题中特定子集上的应用潜力（如约束满足问题）。 3. 变分量子本征求解器（VQE）与量子近似优化算法（QAOA）： 鉴于当前硬件的限制，本部分重点介绍混合量子-经典算法。我们详细解释了 VQE 如何利用量子处理器进行能量期望值的计算，而将优化问题交给经典计算机求解，特别是在分子模拟和材料科学中的应用。QAOA 则被视为解决组合优化问题的有力候选，我们分析了其深度（层数）与解质量之间的关系。 第三部分：量子纠错与容错计算的工程难题 构建一台真正大规模、通用型量子计算机，最大的瓶颈在于错误率。本部分将量子信息科学与信息论的纠错理论相结合。 1. 物理错误与逻辑错误的区别： 清晰界定由于环境噪声导致的物理错误（如比特翻转、相位翻转），与逻辑错误（即编码在逻辑量子比特中的信息发生错误）的区别。引入了“阈值定理”（Threshold Theorem），阐明了只要物理错误率低于某个特定阈值，理论上就可以通过增加冗余比特来实现任意精度的容错计算。 2. 关键的量子纠错码： 详细介绍了史蒂林（Steane）码和表面码（Surface Code）。表面码因其二维的拓扑结构和高容错潜力而成为主流研究方向。我们深入分析了表面码的稳定子测量、错误定位过程，以及如何通过“解码器”将测量结果转化为逻辑错误信息，并进行相应的纠正操作。 3. 逻辑量子比特的构建与开销： 讨论了在实际硬件上实现一个逻辑量子比特所需的物理量子比特数量（以表面码为例，其开销巨大）。分析了如何设计高效的逻辑门操作，确保在执行这些操作的过程中不会引入新的错误，这是迈向容错量子计算的关键一步。 第四部分：量子模拟与超越经典计算的边界 最后，本书探讨了量子计算在模拟自然现象方面的独特优势，以及其对基础科学的深远影响。 1. 量子模拟的范式转换： 对比了基于晶格格林函数和蒙特卡洛方法的传统模拟技术，强调了费曼提出的“用量子系统模拟量子系统”的思想。讨论了数字量子模拟（基于通用量子电路）和模拟量子模拟（使用可调谐的物理系统，如超冷原子阵列）的各自优势。 2. 强关联电子系统的模拟： 重点关注哈密顿量的模拟。详细展示了如何将复杂的哈密顿量（例如，Hubbard模型）映射到量子比特上，并通过时间演化算法（如Trotterization）来预测其基态性质和动态行为，这对于理解高温超导等难题至关重要。 3. 量子计算的未来展望与局限性： 本章总结了量子计算在化学、金融建模、优化问题中的潜在应用，同时也诚实地评估了当前技术距离通用量子计算机的差距。探讨了对未来可能出现的“超越图灵机”计算模型的探索，以及量子引力理论中信息扮演的角色。 《Quantum Frontiers》 旨在为追求知识前沿的读者提供一份全面、深入且具备工程视角的技术指南，揭示我们如何利用宇宙最深层的规则来重新定义计算的极限。

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