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出版者:

作者:Sokoloff, David R./ Laws, Priscilla W./ Thornton, Robert/ Marz, Jeffrey (CON)/ Johnson, Molly (CON)

出品人:

页数:180

译者:

出版时间:2004-2

价格:412.00元

装帧:

isbn号码:9780471487722

丛书系列:

图书标签:

• 物理学
• 实时物理
• 大学物理
• 实验物理
• 力学
• 热学
• 电磁学
• 光学
• 现代物理
• 教学参考书

《量子纠缠与信息传输：超越经典极限的探索》 作者： [此处可虚构一位或多位学者的名字，例如：阿历克斯·陈 博士 / 伊芙琳·里德 教授] 出版社： [此处可虚构一家权威的学术出版社名称，例如：普林斯顿大学出版社 / 剑桥科学文库] --- 导言：信息时代的下一站 自信息时代伊始，我们对速度与效率的追求从未止步。从晶体管到光纤，每一次技术飞跃都依赖于对物理学基本原理的深刻理解。然而，当我们触及经典物理学的边界时，一个全新的、充满颠覆性的领域正在展开——量子信息科学。本书《量子纠缠与信息传输：超越经典极限的探索》，正是致力于深入剖析支撑这一前沿领域的基石：量子纠缠（Quantum Entanglement）。 本书并非一部描述宏观运动或电磁波传播的经典教材。它将读者引领至微观世界的深处，探索粒子间超越时空限制的神秘联系，以及如何利用这种联系，实现经典物理学认为不可能或效率低下的信息处理与传输方式。我们的目标是构建一座坚实的理论桥梁，连接基础量子力学原理与尖端技术应用，为未来的计算、加密和传感技术奠定知识基础。 第一部分：纠缠的理论基础与量化 本书的第一部分着重于建立理解量子纠缠所需的数学和概念框架。我们从量子力学的基本公设出发，迅速过渡到对多体系统（Many-Body Systems）的描述。 第1章：希尔伯特空间与张量积的复习与扩展 本章首先回顾了单粒子量子态的描述，重点引入了张量积空间（Tensor Product Space）在描述复合系统中的核心作用。我们将详细探讨可分离态（Separable States）与不可分离态（Inseparable States）的数学区分，这是区分经典关联与量子纠缠的严格定义。对于高维系统，我们引入了约化密度矩阵（Reduced Density Matrix）的概念，作为衡量子系统纯度和纠缠程度的必要工具。 第2章：纠缠的度量学：从贝尔不等式到纠缠熵 仅仅识别出纠缠是不够的，我们需要量化它的“强度”。本章深入探讨了量化纠缠的各种指标。我们将从历史上突破性的贝尔不等式（Bell Inequalities）和CHSH不等式入手，展示如何通过实验证明量子非定域性。随后，我们将转向更具操作性的度量，如纠缠熵（Entanglement Entropy）——特别是冯·诺依曼熵（von Neumann Entropy）——作为衡量双体系统纠缠程度的黄金标准。本章还将介绍纠缠的富集度（Concurrence）和纠缠的见证者（Entanglement Witnesses），为实验验证提供清晰的路径。 第3章：纠缠的生成与动力学 纠缠不是静态的。本章探讨了如何在实验中主动生成高纯度的纠缠态，例如通过自发参量下转换（SPDC）生成光子对，以及在固态系统中通过激光脉冲驱动构建的二量子比特门。此外，我们研究了纠缠态在开放系统中的演化，即退相干（Decoherence）如何影响纠缠的质量和持续时间。理解退相干的机制，是实现稳定量子信息处理的前提。 第二部分：纠缠驱动的信息传输与计算 在奠定了理论基础后，第二部分将聚焦于量子纠缠在信息科学中的颠覆性应用。这些应用远远超出了经典通信协议的范畴。 第4章：量子隐形传态（Quantum Teleportation） 量子隐形传态是展示量子纠缠“鬼魅般的超距作用”的最著名范例。本章将详细拆解这一过程的每一步：如何利用一个预先共享的EPR对（最大纠缠态），结合经典信道，将一个未知量子态精确地传输到遥远的位置。我们将分析其对信息守恒和相对论的兼容性，并讨论其在分布式量子计算中的重要作用。 第5章：量子密钥分发（QKD）的安全性基石 量子密钥分发，特别是基于BB84协议和基于纠缠的Ekert91协议，依赖于量子物理定律来保证信息传输的绝对安全。本章将深入剖析E91协议如何利用贝尔不等式的违反来检测窃听者（Eve）。我们将从信息论的角度证明，任何对量子信道的窃听行为都会不可避免地留下可被合法用户检测到的痕迹，从而确立了量子加密在理论上无法被破解的地位。 第6章：量子纠错码与容错计算 实现大规模、可靠的量子计算面临的最大挑战是噪声。本章探讨了如何利用纠缠态来编码和保护信息。我们将介绍早期的Shor码和Steane码，并重点分析表面码（Surface Codes）——一种基于局部操作和对易性来检测并纠正错误的主流方案。理解这些纠错码如何利用冗余的量子比特（Qubits）构建逻辑量子比特，是迈向容错量子计算机的关键一步。 第三部分：新兴领域与前沿挑战 本书的最后一部分将目光投向当前研究的前沿地带，探讨纠缠在更广阔物理学领域中的角色。 第7章：多体纠缠的复杂性与张量网络 当系统中的量子比特数量增加时，描述其纠缠结构的复杂度呈指数级增长。本章引入了张量网络（Tensor Networks），如矩阵乘积态（MPS）和投影纠缠对（PEPS），作为在计算上可行的方式来模拟具有特定结构的强关联量子系统。这不仅是理论工具，也是现代凝聚态物理模拟的核心技术。 第8章：引力、黑洞与信息悖论中的纠缠 近年来，量子信息理论对理论物理学产生了巨大冲击。本章探讨了“ER=EPR”猜想，即时空几何（虫洞）与量子纠缠之间的深刻联系。我们将讨论黑洞信息悖论，并分析霍金辐射、信息丢失与量子信息守恒之间的张力，揭示纠缠可能在统一广义相对论和量子力学的道路上扮演的角色。 结语：通往未来计算的蓝图 《量子纠缠与信息传输》并非一本终结性的著作，而是一个充满活力研究领域的导览。本书的结构旨在引导读者从最基本的数学定义出发，逐步掌握如何驾驭这种自然界中最奇特的资源——量子纠缠。本书的技术深度适合高年级本科生、研究生以及对量子信息科学有浓厚兴趣的专业研究人员。掌握本书内容，即是掌握了理解和构建下一代信息技术的关键钥匙。

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这本书真正让我感到振奋的是它对“测量”这一行为本身的深刻反思。它没有将“观察者”视为一个被动的接收器，而是将其置于物理过程的核心。书中对不确定性原理的讨论，已经超越了量子力学的范畴，延伸到了对所有观测行为的哲学探讨。我们如何定义一个“实时”的状态？当我们试图精确捕捉一个瞬间时，我们究竟改变了什么？这种对基础概念的不断追问和解构，是这本书最富革命性的地方。它迫使读者跳出“教科书思维”，去质疑那些被视为理所当然的物理学基石。阅读过程中，我感觉自己更像是一个共同的探险家，而非单向的知识接受者。它成功地激发了我内心深处那种对未知世界永不满足的好奇心，让我认识到，物理学的魅力，恰恰在于它永远不会提供一个终极、静态的答案，而是一个不断演进、充满活力的探索过程。

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这本书的文字风格简直是一股清流，摆脱了传统物理书籍那种严肃、疏离的语调，转而采用了一种近乎诗意的、充满探索精神的口吻。阅读体验极其流畅，仿佛在与一位博学多识的朋友进行深夜的学术漫谈。作者擅长使用类比和生动的想象来解释抽象概念，这种手法使得原本高高在上的物理定律变得触手可及。举个例子，书中对惯性参考系与非惯性参考系之间区别的阐述，没有使用冗长的数学推导，而是通过一个想象中的高速旋转木马场景，瞬间就将核心概念植入了读者的脑海。这种对读者的尊重和对知识传播的耐心，是这本书最宝贵的地方。它成功地降低了物理学的“门槛”，但丝毫没有牺牲其“内核”。我强烈推荐给那些曾经对物理学感到畏惧，但内心深处又渴望了解世界运作机制的人。它会让你的阅读过程充满惊喜和满足感。

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我必须承认，这本书的深度和广度远超出了我对一本“实时”主题读物的预期。它没有止步于描述“发生”了什么，而是勇敢地深入探究了“为什么”必须这样发生。特别是在处理那些需要跨学科知识来解释的复杂系统时，作者展现了惊人的洞察力。比如，书中关于信息熵与物理过程之间联系的论述，虽然初听有些玄乎，但随着阅读的深入，我逐渐体会到这种连接的必然性。它不仅仅是罗列事实，更像是在搭建一座知识的桥梁，连接起宏观的可见世界和微观的概率世界。我尤其欣赏作者在讨论非线性动力学时的那种克制与精确，没有过度渲染混沌系统的神秘感，而是冷静地展示了其内在的数学结构之美。这本书的价值在于，它要求读者进行主动思考，它提供的不是答案，而是更好的问题框架。对于任何想要超越基础物理知识、触及现代科学前沿讨论的读者来说，这本书绝对是不可多得的优质材料。

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这本书简直是一部物理学的“时间胶囊”，它没有试图去解读那些晦涩难懂的理论公式，而是像一位经验老到的向导，领着我们直奔现象的核心。我印象最深的是它对日常生活中那些看似寻常的运动现象，如抛物线的轨迹、水流的湍急变化，进行了极其细致入微的剖析。作者仿佛拥有特异功能，能将瞬间发生的事情拉长、慢放，让我们清晰地看到每一个力是如何作用、如何传递的。它真的让我开始重新审视我每天早上喝咖啡时，牛奶倒入咖啡液中旋转下沉的过程——那不再是简单的混合，而是复杂的流体力学和热力学交互作用的精妙展示。这本书的叙事节奏把握得非常好，既有让人茅塞顿开的瞬间，也有需要停下来反复咀嚼的深刻洞察。它更像是一本“思维训练手册”，而非死板的教科书，引导读者建立起一种基于观察和推理的物理直觉。读完后，你会发现，周围的世界突然变得立体且充满了解读的乐趣，每一个运动都像在向你低语一个物理学的秘密。

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从编辑和排版的角度来看，这本书也体现了极高的专业水准。虽然内容极其丰富，但整体的布局清晰明了，信息的层级结构划分得非常合理。最赞的是它对图示和辅助材料的使用——那些插图不是简单的装饰，而是真正起到了解释作用的视觉辅助工具。它们精确地捕捉了物理情景的关键点，往往一个图胜过千言万语的描述。在涉及大量时间序列分析或空间分布模拟的部分，这种视觉化的支持尤其重要。我注意到，即便是最复杂的理论阐述，作者也确保了阅读路径的顺畅性，通过恰当的章节过渡和概念回顾，保证读者不会在知识的海洋中迷失方向。总的来说，这本书在内容深度、表达清晰度和视觉呈现上实现了近乎完美的平衡，是那种值得反复翻阅，并在不同人生阶段都能读出新体会的好书。

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