Thermodynamics and Statistical Physics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:World Scientific Pub Co Inc

作者:Velarde, Manuel G. (EDT)/ Cuadros, Francisco (EDT)

出品人:

页数:315

译者:

出版时间:

价格:86

装帧:HRD

isbn号码:9789810224172

丛书系列:

图书标签:

• 热力学
• 统计物理
• 物理学
• 热物理
• 统计力学
• 相变
• 非平衡态热力学
• 量子统计
• 分子物理
• 固体物理

好的，这是一本名为《量子信息与纠缠：基础理论与前沿应用》的图书简介： 量子信息与纠缠：基础理论与前沿应用 导言：信息时代的范式转变 信息，作为宇宙的基本构成要素之一，其存储、处理和传输方式正在经历一场深刻的革命。经典信息理论，基于二进制比特（0或1）构建的世界，在面对日益复杂的计算需求和对极限性能的追求时，已显露出其固有的物理瓶颈。量子力学，这一描述微观世界的基本理论，为我们揭示了一种全新的信息载体——量子比特（Qubit），以及由此衍生出的强大处理能力。 《量子信息与纠缠：基础理论与前沿应用》旨在全面而深入地探讨量子信息科学的核心概念、数学框架以及当前最前沿的应用领域。本书不仅为物理、数学和计算机科学等领域的学生和研究人员提供了坚实的理论基础，同时也为工程师和技术开发者描绘了未来量子技术实现的蓝图。我们力求在严谨的学术深度与清晰的逻辑结构之间取得完美平衡，确保复杂概念的直观理解。 --- 第一部分：量子力学的基本构架与信息编码 本部分为理解量子信息奠定了必要的数学和物理基础。我们首先回顾了量子力学的基本公设，重点聚焦于状态空间、演化规律以及测量过程的非经典特性。 1. 量子态的数学描述： 详细介绍了希尔伯特空间（Hilbert Space）的概念，并深入探讨了狄拉克符号（Bra-Ket Notation）的应用。特别强调了有限维希尔伯特空间（如$mathbb{C}^2$）如何精确地描述量子态。 2. 量子比特（Qubits）与单比特操作： 将经典比特的概念提升至量子层面，阐述了叠加态（Superposition）的物理意义。详细分析了单量子比特的几何表示——布洛赫球（Bloch Sphere），并系统地分类和推导了基本单比特酉变换（Unitary Transformations），如泡利矩阵（Pauli Matrices）和Hadamard门（H-Gate）的物理效应。 3. 多体系统与张量积空间： 随着系统规模的扩大，探讨了多量子比特系统的描述方式。引入了张量积（Tensor Product）的概念来构造复合系统的希尔伯特空间。本章着重于区别可分离态（Product States）与纠缠态，为后续纠缠的深入讨论铺平道路。 4. 测量与概率诠释： 对量子测量理论进行了细致的梳理，包括投影公设和本征值问题。重点讨论了测量如何导致量子态的“塌缩”，以及在多体系统中进行联合测量的概率法则，并引入了密度算符（Density Operators）来描述混合态（Mixed States）和不完全信息的系统。 --- 第二部分：量子纠缠：非定域性的核心资源 纠缠（Entanglement）是量子信息科学区别于经典信息科学的最核心特征，被爱因斯坦称为“鬼魅般的超距作用”。本部分是本书的核心，系统性地剖析了纠缠的定义、度量和物理意义。 5. 纠缠的精确定义与判定： 严格定义了纠缠态，并区分了贝尔态（Bell States）等最大纠缠态。重点介绍了判定两个量子比特之间是否存在纠缠的实用判据，例如谱范数（Spectral Norm）和PPT（Positive Partial Transpose）准则。 6. 量子纠缠的度量学： 纠缠不仅是一种定性现象，更是可量化的资源。本书详细介绍了常用的纠缠度量指标，包括纠缠熵（Entanglement Entropy）、纠缠度（Entanglement of Formation, EOF）以及纠缠纯度。讨论了这些度量在物理系统中的可操作性和背后的信息论意义。 7. 非定域性与贝尔不等式检验： 深入探讨了纠缠所蕴含的非定域性。全面回顾了贝尔不等式（Bell Inequalities）的理论基础，从CHSH不等式出发，解释了实验如何验证量子力学的非定域性预测，以及其对局部隐变量理论的否定意义。 8. 纠缠的制备与分发： 讨论了在实际物理系统中如何高效地产生高纯度的纠缠态，例如通过自发参量下转换（SPDC）等过程。同时，介绍了纠缠在远距离安全通信中的基础作用，即纠缠分发（Entanglement Distribution）。 --- 第三部分：量子信息处理的基本操作与协议 本部分将理论基础应用于实际的信息处理任务，展示了量子力学如何重塑计算和通信的范式。 9. 量子门集与通用性： 阐述了量子逻辑门的作用，强调了酉变换是可逆的。论证了量子计算的通用性：证明了仅需一小族量子门（例如，Hadamard, Phase, CNOT）即可构建任意量子电路，即“通用量子门集”的存在性。 10. 量子隐形传态（Quantum Teleportation）： 对量子隐形传态协议进行了详尽的数学推导和流程解析。阐明了该协议如何利用预先共享的纠缠资源和经典通信，实现量子状态的无损传输，而非物质本身的传输。 11. 量子密集编码（Superdense Coding）： 讨论了如何利用一个纠缠量子比特和一比特经典信息，实现双向传输两个经典比特信息的能力，突显了纠缠对信道容量的增强作用。 12. 量子纠错码（Quantum Error Correction）： 鉴于量子态的脆弱性，量子纠错至关重要。本章详细介绍了经典纠错码与量子纠错码的基本区别，重点讲解了Shor码和Steane码等基础代码的构造原理、稳定子（Stabilizer） formalism，以及如何通过测量稳定子来探测和修复错误，而不破坏信息本身。 --- 第四部分：前沿应用与未来展望 最后一部分将视角投向量子信息科学的实际应用领域，探讨其在计算、模拟和通信方面带来的颠覆性潜力。 13. 量子计算算法： 概述了最具影响力的量子算法。深入剖析了Shor算法在因子分解问题上的指数加速，以及Grover算法在无序数据库搜索中的平方加速。同时，对变分量子本征求解器（VQE）等NISQ（Noisy Intermediate-Scale Quantum）时代的混合算法进行了讨论。 14. 量子模拟（Quantum Simulation）： 探讨了利用可控的量子系统来模拟难以处理的复杂量子多体问题。详细介绍了哈密顿量模拟（Hamiltonian Simulation）的方法，如Trotter-Suzuki分解，及其在材料科学和化学反应模拟中的应用前景。 15. 量子密码学与安全性： 重点介绍基于量子力学原理的绝对安全通信方案。深入分析了BB84协议等一次性密钥分发的原理，以及后量子密码学（Post-Quantum Cryptography）为抵御未来量子计算机攻击所做的努力。 16. 量子网络与分布式计算： 展望了构建全球性量子互联网的挑战与机遇。讨论了量子中继器（Quantum Repeaters）的设计原理，以及如何通过构建可扩展的量子网络来实现分布式量子计算和更安全的全球通信。 --- 总结 《量子信息与纠缠：基础理论与前沿应用》旨在成为一座连接基础物理学与尖端信息技术的桥梁。本书内容涵盖从信息编码的微观基础到复杂算法的宏观实现，为读者提供了一个全面、深入且与时俱进的量子科学知识体系。读者在掌握强大的理论工具的同时，也将对未来量子技术如何重塑我们的世界有一个清晰的认知。本书的最终目标是激发新一代研究人员，投身于这个充满无限可能的前沿领域。

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