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出版者:Springer Verlag

作者:Schwartz, Robert A. (EDT)/ Byrne, John A. (EDT)/ Colaninno, Antoinette (EDT)

出品人:

页数:191

译者:

出版时间:2007-5

价格:$ 145.77

装帧:HRD

isbn号码:9780387486000

丛书系列:

图书标签:

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《量子纠缠与信息传输的边界》 作者：[虚构作者名，例如：艾莉森·雷德菲尔德] 出版社：[虚构出版社名，例如：星环科学出版社] 内容简介： 在对物理学前沿的探索中，我们从未停止对信息本质的追问。本书《量子纠缠与信息传输的边界》并非专注于金融市场的动态或电子交易的演变，而是深入挖掘了人类认知和宇宙法则交汇处最令人着迷的领域之一：量子力学中的纠缠现象及其对信息理论的根本性挑战。 本书的篇幅超越了传统教科书的范畴，它是一次对现有信息学框架的系统性解构与重建。作者从最基础的量子态概念入手，以严谨的数学推导为骨架，辅以深入浅出的物理图像，带领读者穿越复杂的数学迷宫，直抵量子信息的“心脏地带”。 第一部分：纠缠的基石与悖论 开篇即聚焦于贝尔不等式的实验验证及其对定域实在论的彻底颠覆。我们详细考察了EPR悖论的提出、发展，以及在现代实验物理学中如何通过高保真度的纠缠源（如自发参量下转换SPDC）来不断突破“鬼魅般的超距作用”的限制。重点章节阐述了纠缠熵的概念，它不再仅仅是衡量量子系统混乱程度的指标，而是被提升到了描述信息关联强度的核心度量。我们探讨了为什么纠缠的产生和维持对环境噪声极为敏感，以及如何利用“量子误差修正码”来抵抗退相干（Decoherence）的侵蚀——这与经典信息系统中的冗余备份有着本质的区别。 书中一个关键的论点是：尽管纠缠看似允许“瞬间”的关联，但它如何被“非通讯定理”（No-Communication Theorem）严格限制了其作为经典信息载体的可能性。我们详尽分析了这一定理的数学证明，并阐释了它在理解信息传递速度上限方面的决定性作用。纠缠本身是一种资源，而非一种直接的通信媒介。 第二部分：量子信息学的结构重塑 本书的核心内容转向了量子信息论的构建。我们不再将信息视为简单的比特（Bit）——只有0或1的确定状态，而是引入了量子比特（Qubit）的概念，并深入探讨了叠加态和幺正演化（Unitary Evolution）在信息处理中的角色。 我们详细描绘了量子门集（Quantum Gate Sets）的设计原理，从基础的单比特旋转门到实现通用计算能力的多比特门（如受控非门CNOT）。随后的章节专门探讨了量子密码学（Quantum Cryptography）。重点剖析了BB84协议的理论完备性，并超越了其基础框架，探讨了更先进的、基于纠缠的密钥分发（E91协议）。我们对量子密钥分配（QKD）的实际部署挑战进行了细致的分析，包括光纤衰减、安全分发节点的限制，以及侧信道攻击（Side-Channel Attacks）的防御策略。 在量子计算部分，我们避免了对特定硬件实现的过度依赖，而是从理论复杂度（Complexity Theory）的角度审视了量子算法的优势。Shor算法和Grover算法的原理被系统地分解，并着重讨论了BQP（有界误差量子多项式时间）复杂性类与经典复杂性类P和NP的关系。我们强调，量子计算的威力不在于简单的加速，而在于其对某些特定问题的根本性计算范式的转变。 第三部分：前沿探索与未解之谜 本书的后半部分将目光投向了理论物理学中尚未完全解决的尖端问题。我们审视了“黑洞信息悖论”与量子信息论的交叉点。霍金辐射的引入如何挑战了信息守恒的原则？以及“防火墙悖论”中，信息在事件视界附近是如何被重新定义的？作者引入了“AdS/CFT对偶性”的概念，将其作为理解量子引力信息流动的理论工具，探讨信息是否在时空几何的深层结构中得到了编码。 另一个重要的讨论点是“量子隐形传态”（Quantum Teleportation）。本书不仅详细阐述了该过程所需的经典通信辅助，更深入探讨了隐形传态在构建大规模量子网络（Quantum Internet）中的潜力。我们分析了量子中继器（Quantum Repeater）的设计难题，特别是纠缠交换（Entanglement Swapping）在长距离传输中的关键作用，以及维持高保真度长程纠缠的实验障碍。 最后，本书探讨了“测量问题”的哲学与物理学意义。在信息论的框架下，测量行为被视作一个“信息提取”的过程，但其不可逆性与波函数坍缩的随机性，仍然是连接宏观世界与微观世界的根本性难题。我们考察了诸如多世界诠释（Many-Worlds Interpretation）等理论如何尝试从信息角度解释测量的本质。 面向读者： 本书适合于物理学、计算机科学（特别是理论计算方向）的高年级本科生、研究生以及对信息科学前沿有浓厚兴趣的专业人士。阅读本书需要具备扎实的线性代数基础和对基础量子力学的理解。它旨在提供一个全面、深入且富有洞察力的视角，以理解信息在宇宙中最基本层次上的表现和限制。这本书承诺，将挑战读者对“信息”一词的所有既有认知，并指引他们展望量子信息科学的未来版图。

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