量子信息物理原理 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:张永德

出品人:

页数:400

译者:

出版时间:2008-12

价格:59.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787030163684

丛书系列:

图书标签:

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《信息熵与计算的边界：物理学的深刻洞察》 内容简介： 在信息时代飞速发展的今天，我们对信息的理解和处理能力达到了前所未有的高度。然而，信息的本质是什么？信息与物质、能量之间存在怎样的深刻联系？计算的能力究竟由哪些物理规律所制约？《信息熵与计算的边界：物理学的深刻洞察》一书，旨在拨开信息与计算的迷雾，深入探索信息科学背后那坚实的物理学根基，揭示信息、熵、能量以及量子力学在理解和塑造我们数字世界中所扮演的关键角色。本书并非一本简单的科普读物，而是致力于为读者提供一个系统、严谨且富有启发性的视角，去认识信息科学的深层原理，并展望其在未来发展中的无限可能。 本书的开篇，将带领读者回顾信息论的诞生及其核心概念，特别是香农熵的提出。我们不仅会探讨信息熵如何量化不确定性，理解其在通信、编码等领域的开创性意义，更重要的是，本书将深入分析信息熵与热力学熵之间的深刻联系。读者将了解到，信息并非抽象的存在，而是与物理系统的状态紧密相关。在信息论与统计物理学的交汇处，我们将揭示信息可以被视为一种“负熵”，它能够对抗系统的无序性，或者说，一个系统的熵值实际上包含了与之相关的某些信息。这种联系并非仅限于理论上的探讨，而是深刻地影响着我们对能量转换效率的理解，以及对信息处理过程中能量耗散的认识。 随后，本书将聚焦于信息与能量之间的转化关系，特别是Landauer原理的重要性。Landauer原理指出，在逻辑上不可逆的信息删除过程中，必然伴随着能量的耗散，产生至少 $kT ln 2$ 的热量，其中 $k$ 是玻尔兹曼常数，$T$ 是绝对温度。这一原理直接将信息处理与物理世界的能量守恒定律联系起来，挑战了早期对信息处理“免费”的直观认知。本书将详细阐述Landauer原理的推导过程，分析其在计算能耗、信息存储和擦除等方面的深远影响，并探讨如何通过设计更具可逆性的计算过程来提高能源效率，甚至在理论上实现信息处理的零能耗。这为我们理解计算的物理极限提供了一个至关重要的基石。 接着，本书将视野拓展至复杂系统与信息。信息在复杂系统中扮演着至关重要的角色，从生物体的基因信息编码到社会网络的连接模式，再到气候系统的动态变化。我们将探讨如何运用信息论的工具来分析和理解这些复杂系统的结构、功能和演化。例如，互信息、条件熵等概念将帮助我们量化不同变量之间的依赖关系，识别关键节点和信息流动的路径。本书将通过具体的案例，如基因调控网络、神经网络模型以及生态系统动力学，展示信息熵和信息论在揭示复杂系统内在规律方面的强大能力。我们将看到，信息的产生、传递和消散，是复杂系统得以运作和演化的根本驱动力之一。 本书的重要组成部分将是对计算模型物理极限的探索。在经典计算领域，理论上的计算能力似乎是无限的，但实际上，物理世界的规则对计算能力施加了根本性的限制。本书将深入分析这些限制，包括前面提到的能量消耗限制，以及信息存储密度、信息处理速度等方面的物理约束。我们将审视图灵机的理论模型，并探讨在真实物理系统中实现这些模型的局限性。更进一步，本书将为读者揭示，当我们超越经典计算的范畴，进入量子计算的领域时，物理学的规则将以一种更加令人惊叹的方式重塑计算的可能性。 在探讨了经典信息与计算的物理学基础后，本书将引领读者进入量子信息科学的迷人世界。我们将从量子力学的基本原理出发，介绍量子比特（qubit）的概念，以及叠加（superposition）和纠缠（entanglement）这两个量子现象如何赋予量子信息不同于经典信息的独特能力。本书将详细解释量子比特的数学描述，如布洛赫球面，并说明如何通过量子门操作来执行量子逻辑运算。 纠缠作为一种“幽灵般的超距作用”，将是本书着重探讨的量子信息核心资源。我们将深入理解纠缠的非经典关联性，并阐述它如何为量子通信（如量子隐形传态）和量子计算提供独特的优势。本书将解释量子纠缠在突破经典信息传输速率限制、实现安全通信方面的巨大潜力。 本书将对量子计算的算法及其潜在应用进行广泛的介绍。读者将了解像Shor算法（用于大数分解）和Grover算法（用于无序数据库搜索）这样具有颠覆性的量子算法，它们能够比任何经典算法在特定问题上实现指数级的加速。我们将探讨量子计算在密码学、材料科学、药物研发、优化问题等领域的广泛应用前景，并分析实现大规模量子计算机所面临的技术挑战，如量子退相干、量子纠错等。 最后，本书将展望信息物理学的未来发展方向。我们将探讨信息与物理实在之间的更深层哲学问题，例如意识的物理基础、量子引力与信息的关系等。同时，本书将关注当前信息物理学研究的前沿领域，如拓扑量子计算、受控量子系统、量子传感等，并预测这些技术可能带来的革命性变革。本书旨在激发读者对信息科学与物理学交叉领域的兴趣，鼓励大家去探索那些尚未被发现的未知领域，并思考信息在理解宇宙本质中所扮演的终极角色。 《信息熵与计算的边界：物理学的深刻洞察》是一次对信息与计算的深刻反思，它将引导读者从最根本的物理规律出发，理解我们所处的信息世界的运行机制，并展望信息科学与物理学融合所带来的无限未来。本书适合对信息科学、物理学、计算机科学以及前沿科技感兴趣的读者，无论是专业的科研人员、高校学生，还是对科学充满好奇的业余爱好者，都能从中获得深刻的启迪和前瞻性的认识。

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对于一个跨学科的研究者而言，本书在索引和附录的处理上，展现了极高的专业素养和对读者友好的极致追求。通常在同类专业书籍中，索引往往是简单罗列的关键词，难以用于高效检索。然而，这本书的索引部分做得极为详尽，它不仅收录了术语，还标注了这些术语首次出现的页码以及在不同章节中被引用的情境摘要，这对于需要快速回溯特定背景知识的我来说，简直是福音。此外，附录部分包含了对若干个历史上重要的、但篇幅有限的**早期实验设计**的复盘，这些复盘不仅仅是结果的重述，更是对实验设计者当年思维过程的深度剖析。这部分内容极大地拓宽了阅读的广度，帮助我们理解了今天这些成熟理论背后的艰难探索历程，使得整本书的知识体系不再是孤立的理论节点，而是一条具有清晰历史脉络的知识长河。

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这本书的语言风格是极其鲜明且充满个人色彩的，与其说它是一份严谨的学术文献，不如说它是一篇充满激情的科学散文。作者的文字中流淌着一种对自然法则近乎敬畏的深情，这种情感的表达，极大地感染了作为读者的我。他习惯于使用一些富有画面感的修饰词汇来描述宏观世界中难以想象的微观景象，例如他描述**粒子行为的不确定性**时，用的词汇“在概率的迷雾中翩翩起舞”，瞬间激活了读者大脑中与美学相关的区域，使记忆更加深刻。即便是处理那些需要高度精确性的数学证明时，作者也努力在推导的间隙，插入一些富有人文关怀的注释，探讨这些发现对人类世界观的潜在冲击。这种“科学的严谨”与“哲学的思辨”的完美融合，让阅读过程从一种学习任务，升华为一种精神上的探险。

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这本书的叙事逻辑构建得如同一个精密的钟表机械，每一个齿轮都紧密咬合，推动着整个知识体系的运转。作者并没有采取那种堆砌概念、让读者在浩瀚术语中迷失的传统理工科写作方式。相反，他似乎非常擅长“讲故事”，从最基础的物理直觉出发，通过一系列精心设计的思想实验和类比，将那些抽象到近乎玄妙的物理现象，逐步铺陈到读者面前。举例来说，对于波粒二象性那一段的阐述，我印象极为深刻，它没有直接抛出数学定义，而是先通过对经典物理局限性的反思，自然而然地引出了量子世界必需的视角转变，整个过渡过程平滑得让人几乎察觉不到自己已经跨越了认知的鸿沟。这种层层递进、环环相扣的结构，使得原本晦涩难懂的理论，变得触手可及，极大地增强了读者的求知欲和持续探索的动力，完全不像一本教科书，更像是一位博学导师的循循善诱。

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在案例分析和实际应用的比重上，我必须给予高度肯定。很多专注于理论深挖的书籍，往往在理论的殿堂里流连忘返，而忽略了如何将这些奇妙的原理“落地生根”。而此书则展现了令人耳目一新的平衡感。它并非那种只停留在概念介绍的“花架子”，而是深入剖析了多个前沿领域中，这些基础理论是如何被巧妙地工程化和应用化的。我特别喜欢它在描述**某类新兴计算范式**时的处理方式，作者没有仅仅停留在对速度提升的空泛赞美，而是细致地拆解了其中涉及的**特定物理机制**是如何克服**经典系统中的某个瓶颈问题**，并辅以了详尽的数学建模和仿真结果佐证。这些深入的分析，让读者清晰地看到了理论转化为现实生产力的具体路径，也为那些希望将研究方向与工业界紧密结合的读者提供了宝贵的实践参考和思路启发。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，封面采用了深邃的钴蓝色调，搭配着抽象的、仿佛星云旋转的金色线条，整体散发着一种既现代又古典的神秘气息。内页的纸张质地非常考究，触感温润，长时间阅读下来眼睛也不会感到疲劳。更值得称赞的是，排版布局的用心程度。章节标题的字体选择既醒目又不失优雅，段落之间的留白处理得恰到好处，让阅读的节奏感非常流畅。特别是那些复杂的公式和图表，它们被清晰地置于专门的模块中，配有精炼的注释，即便是初次接触这类主题的读者，也能迅速找到重点。我甚至留意到，在某些关键概念的介绍部分，作者巧妙地运用了不同深度的灰色背景来突出重要性，这种细微的设计巧思，无疑极大地提升了阅读体验的愉悦度和信息的吸收效率。这本书拿在手上，就仿佛握住了一件精心打磨的艺术品，让人忍不住想一遍又一遍地摩挲和品味。

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张永德在北大上课时候讲稿扩充出来的 非常详细 难读 读完PVOM部分 突然被张老师圈粉了

评分☆☆☆☆☆

非常恢宏的巨著。写的很详细，很多的细节都写出来了。

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