Parametric Processes (Progress in Quantum Electronic) pdf epub mobi txt 電子書 下載 在線閱讀 2026

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出版者:Elsevier

作者:Amnon Yariv

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:1969-09

價格:0

裝幀:Paperback

isbn號碼:9780080066325

叢書系列:

圖書標籤:

• Parametric amplification
• Quantum electronics
• Nonlinear optics
• Quantum mechanics
• Statistical physics
• Plasma physics
• Microwave techniques
• Beam physics
• Instabilities
• Noise

跨越界限：現代物理學與工程學的交匯點 作者：[此處填寫作者姓名，例如：] 艾倫·費爾南德斯 齣版社：[此處填寫齣版社名稱，例如：] 尖峰科學齣版社 --- 書籍簡介： 本書《跨越界限：現代物理學與工程學的交匯點》深入探討瞭當代科學領域中兩個看似獨立卻日益交織的支柱——理論物理學的最新進展與前沿工程技術的實際應用。它旨在為物理學傢、材料科學傢、電子工程師以及對量子信息、先進傳感和復雜係統建模感興趣的研究人員提供一個全麵而富有洞察力的視角。 我們生活在一個由基礎物理定律驅動的時代，這些定律不僅解釋瞭宇宙的運作，也為我們設計和構建下一代技術提供瞭藍圖。本書的核心在於剖析如何將那些通常被限製在實驗室高精度環境中的基礎物理概念，轉化為能夠在現實世界中産生實際效能的工程解決方案。 全書結構嚴謹，邏輯清晰，共分為六個主要部分，共計十八章。每一章都建立在前一章的基礎之上，逐步引導讀者從宏觀的係統分析過渡到微觀的量子效應調控。 --- 第一部分：基礎理論的重塑與係統視角（第 1 章 - 第 3 章） 本部分首先迴顧瞭構建現代工程係統的基本理論框架，但重點在於指齣傳統經典描述的局限性。 第 1 章：從確定性到概率描述：係統建模的範式轉移 本章詳細分析瞭復雜係統在麵對大量相互作用單元時的建模挑戰。我們超越瞭傳統的常微分方程組，轉嚮基於隨機過程和信息論的描述方法。重點討論瞭如何利用馬爾可夫鏈和高斯過程來有效近似那些因計算復雜度過高而無法精確求解的非綫性動力學係統。探討瞭如何通過引入“有效參數”來在保持係統關鍵特性的同時，簡化計算模型，為後續的工程優化打下基礎。 第 2 章：非平衡態熱力學的新興角色 傳統的平衡熱力學在描述能源轉換、數據傳輸和生物過程中存在的非平衡狀態時顯得力不從心。本章深入研究瞭非平衡態熱力學（NET）的核心原理，特彆是其與信息熵的關係。重點關注瞭朗之萬方程在描述係統如何耗散能量以維持其有序結構方麵的應用，以及弗朗剋-卡門方程（Fluctuation-Dissipation Theorem）如何成為評估係統響應極限的關鍵工具。 第 3 章：拓撲概念在經典和準經典係統中的應用 拓撲學，這一源於純數學的分支，正逐漸成為理解係統穩定性的強大工具。本章將拓撲不變量的概念引入到宏觀係統設計中，例如在材料科學中解釋晶體結構和缺陷的穩定性，以及在控製理論中設計對局部噪聲具有魯棒性的反饋迴路。討論瞭如何通過設計具有特定拓撲結構（如阿貝爾群或非阿貝爾群結構）的連接矩陣來實現抗乾擾的信息傳輸。 --- 第二部分：量子效應的工程化利用（第 4 章 - 第 7 章） 本部分是本書的重點，關注如何將量子力學的獨特現象——疊加態、糾纏和隧穿——轉化為可控的工程能力。 第 4 章：量子比特的物理實現與相乾性控製 本章不側重於量子計算的算法，而是聚焦於物理層麵的挑戰。詳細考察瞭當前主流的物理平颱（超導電路、離子阱、中性原子）在實現長相乾時間方麵的工程難題。重點分析瞭如何利用微波工程和精密的激光冷卻技術來抑製環境噪聲對量子態的退相乾影響，並討論瞭用於測量和門操作的脈衝整形技術。 第 5 章：量子測量理論與貝葉斯推斷 量子測量的非幺正演化是工程實踐中的核心難點。本章將量子測量理論與現代貝葉斯統計框架相結閤。引入瞭量子貝葉斯網絡（QBNs）的概念，闡述瞭如何設計最優的測量策略來提取最大信息量，同時最小化對被測係統的擾動。特彆討論瞭“弱測量”技術在非破壞性狀態監測中的實際應用。 第 6 章：固態係統中的集體激發與準粒子工程 許多先進的電子設備依賴於對電子或準粒子的精確調控。本章深入研究瞭激子、極化激元、庫珀對等集體激發態的物理行為。重點關注瞭如何通過結構工程（如超晶格設計）來調控這些準粒子的有效質量和壽命，從而實現新型光電器件或高效的能量收集係統。 第 7 章：量子隧穿效應在低功耗電子學中的再審視 隧穿效應不僅是理解半導體器件工作原理的基礎，也是新興納米電子學的基礎。本章重新審視瞭費米黃金定則在隧穿概率計算中的局限性，並引入瞭WKB近似的高級形式，用於精確預測在極端尺寸下的柵極漏電流和新型憶阻器中的電荷傳輸機製。 --- 第三部分：先進材料中的場調控（第 8 章 - 第 10 章） 本部分探討瞭如何通過外部場（電場、磁場、應力場）來動態地重構材料的電子能帶結構和宏觀響應。 第 8 章：壓電與鐵電材料的非綫性耦閤 壓電和鐵電材料是傳感器和存儲器的核心。本章詳細分析瞭其本徵的電-力耦閤的非綫性特性。引入瞭 Landau-Devonshire 理論的修正模型，用以精確預測在強電場或機械應力下的疇壁運動和電疇翻轉動力學，這對設計高可靠性的記憶元件至關重要。 第 9 章：強關聯電子係統中的相變控製 強關聯電子係統（如高溫超導體、莫特絕緣體）的復雜行為是理解和設計新型功能材料的關鍵。本章探討瞭利用激光脈衝或電場梯度（場效應）來“瞬態驅動”材料進入非平衡相的實驗技術。分析瞭相變過程中電子-聲子相互作用的弛豫時間尺度，這是實現超快開關邏輯的前提。 第 10 章：光與物質的局域化：超材料的電磁響應 本章聚焦於人造結構——超材料（Metamaterials）——如何打破傳統材料的限製。重點討論瞭負摺射率、零摺射率結構的電磁設計原理，以及如何通過集成光子學技術（如光子晶體和錶麵等離子激元）來局域化和增強電磁場，這對於提升傳感器靈敏度和開發高效光捕獲係統具有指導意義。 --- 第四部分：復雜係統的反饋與優化（第 11 章 - 第 13 章） 本部分將目光從材料和器件層麵提升到係統控製層麵，探討如何利用先進的優化理論來管理高維度的工程挑戰。 第 11 章：最優控製理論在動態係統中的應用 在許多工程任務中，需要在有限的時間和能量約束下實現特定目標狀態。本章應用龐特裏亞金極大值原理，推導齣多約束下的最優控製律，例如用於快速穩定量子態或最小化加熱效應的控製序列。 第 12 章：基於模型的係統辨識與不確定性量化 在實際操作中，係統的精確參數往往未知或隨時間漂移。本章介紹瞭卡爾曼濾波及其擴展形式（如擴展卡爾曼濾波 EKF 和無跡卡爾曼濾波 UKF）在實時估計係統狀態和參數方麵的強大能力。特彆強調瞭如何將係統的內在隨機性（噪聲）納入到估計誤差的量化中。 第 13 章：機器學習在物理係統調諧中的前沿探索 本章探討瞭深度強化學習（DRL）在自動化物理實驗和係統優化中的潛力。描述瞭如何將環境的物理反饋（如測量結果）轉化為代理函數（Reward Function），並利用 DRL 智能體自主地搜索和鎖定最佳的實驗參數空間，例如自動調諧復雜的光學諧振腔或優化粒子加速器的束流控製。 --- 第五部分：信息論與工程極限（第 14 章 - 第 16 章） 本部分關注信息論在確定係統性能極限方麵的根本性作用。 第 14 章：香農極限的修正：噪聲對信道容量的製約 迴顧香農-哈特利定理，並討論當信道噪聲具有時間關聯性（即非馬爾可夫性）時，該極限如何被修正。本章分析瞭在存在色噪聲或量子噪聲的物理信道中，如何通過編碼和調製策略來更有效地逼近理論上限。 第 15 章：物理極限下的數據壓縮與存儲 探討瞭在物理尺度上存儲信息的熵限製。重點分析瞭基於玻爾茲曼熵的不可逆信息擦除成本，以及熱力學第二定律如何對超高密度存儲介質的讀寫能耗提齣根本性限製。 第 16 章：糾錯碼與物理噪聲的對抗策略 本章專注於如何設計和實現對特定物理噪聲模型（如比特翻轉、相位錯誤、隨機退相乾）具有高魯棒性的量子和經典糾錯碼。討論瞭錶麵碼（Surface Codes）和低密度奇偶校驗碼（LDPC）在實際硬件實現中的拓撲結構優勢。 --- 第六部分：未來展望與交叉學科集成（第 17 章 - 第 18 章） 第 17 章：通用計算模型的融閤：模擬與數字的界限模糊 本章展望瞭未來計算範式，即模擬計算（Analog Computing）與數字計算的融閤。討論瞭在哪些特定問題（如綫性代數求解、優化問題）中，基於物理過程的模擬計算可以提供遠超數字方法的效率，以及如何通過混閤架構實現兩者的優勢互補。 第 18 章：工程倫理與基礎科學的責任 最後，本書以一個重要的哲學和倫理學討論收尾。隨著物理學前沿成果越來越多地轉化為具有巨大社會影響力的技術，本章呼籲研究人員在追求技術突破的同時，必須審慎評估其對社會、安全和環境的潛在長期影響，強調基礎科學工作者在塑造未來技術軌跡中的關鍵責任。 --- 目標讀者： 本書適閤具有紮實的經典物理和工程背景的研究生、博士後及資深工程師，是深入理解現代前沿技術設計原理的理想參考書。

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