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页数:321

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出版时间:2009-3

价格:33.00元

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isbn号码:9787122042699

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《量子纠缠的物理学原理与实验探索》 本书旨在深入浅出地探讨量子纠缠这一引人入胜的物理学现象。量子纠缠是量子力学中最奇特、最反直觉的特性之一，它描述了两个或多个粒子之间存在的特殊关联，无论它们相距多远，一个粒子的状态变化会瞬时影响到其他粒子。这种“鬼魅般的超距作用”，正如爱因斯坦所称，至今仍是物理学研究的前沿热点。 第一部分：量子纠缠的理论基石 本书的开篇将系统梳理理解量子纠缠所需的理论框架。我们将从量子力学的基本概念讲起，包括波函数、叠加态、测量以及量子态的演化。在此基础上，重点介绍哥本哈根诠释、多世界诠释等主流的量子力学解释，并分析它们对于理解纠缠的启示。 量子态与叠加原理： 详细阐述单个量子粒子如何能够同时处于多种状态的叠加之中，并引入狄拉克符号等数学工具进行描述。 纠缠态的数学描述： 引入贝尔态等典型的纠缠态，并通过张量积等概念，清晰地展示多粒子系统如何形成纠缠。我们将详细推导贝尔不等式的形式，为后续的实验验证奠定基础。 贝尔定理与非定域性： 深入探讨贝尔定理的意义，解释其如何揭示量子纠缠与经典物理学中定域实在论的根本矛盾。通过对各种贝尔不等式进行分析，理解如何通过实验来检验量子力学的完备性。 量子信息理论视角： 从量子信息论的角度，阐述纠缠在量子计算、量子通信和量子密码学中的核心作用。介绍纠缠熵、量子态保真度等衡量纠缠性质的重要指标。 第二部分：量子纠缠的实验实现与观测 理论的描述是抽象的，而实验的验证则将这些奇特的现象带入了现实。本部分将聚焦于量子纠缠的各种实验实现方式，以及科学家们如何精确地观测和测量这种量子关联。 产生纠缠的物理系统： 详细介绍目前主流的产生纠缠粒子的物理平台，包括： 光子纠缠： 利用非线性光学晶体（如BBO晶体）通过自发参量下转换（SPDC）产生纠缠光子对。介绍不同类型的纠缠光源，如能量时间纠缠、偏振纠缠、轨道角动量纠缠等。 原子/离子纠缠： 介绍利用捕获的离子或中性原子的超精细能级或激发态来制备和操纵纠缠态。探讨囚禁离子阱、冷原子气体等实验技术。 超导量子比特纠缠： 介绍利用超导电路中的约瑟夫森结等元件构建量子比特，并通过微波脉冲实现比特间的纠缠。 其他物理系统： 简要介绍在固态体系（如量子点、NV色心）、机械振子等系统中实现纠缠的尝试和进展。 纠缠的测量技术： 详细阐述如何通过各种探测器和量子态层析技术来测量纠缠粒子的关联性。 单光子探测器与符合计数： 介绍如何利用高效率的单光子探测器，通过符合计数来区分纠缠光子对。 量子态层析（QST）： 详细解释量子态层析的原理，如何通过一系列测量来重构量子态的密度矩阵，从而评估纠缠的质量。 贝尔不等式检验实验： 详细回顾和分析那些著名的贝尔不等式检验实验，例如Aspect的实验、GHZ实验、以及近期利用自由变量产生的实验，强调这些实验如何有力地排除了局域隐变量理论。 实验中的挑战与精度： 讨论在实验中面临的各种挑战，如退相干、探测效率、时空同步等，以及如何通过技术创新来提高纠缠的生成效率、相干时间和测量精度。 第三部分：量子纠缠的前沿应用与未来展望 量子纠缠不仅仅是一个基础物理学的奇观，更是驱动未来技术变革的关键要素。本部分将探讨量子纠缠在各个领域的潜在应用，以及未来的发展方向。 量子计算： 深入阐述纠缠在构建量子计算机中的核心作用，例如量子傅里叶变换、 Shor算法、 Grover算法等需要大量纠缠态的量子算法。介绍量子纠缠对提高计算能力和解决经典计算机难以处理的问题的潜在影响。 量子通信： 量子密钥分发（QKD）： 详细解释基于纠缠的QKD协议（如E91协议），展示如何利用量子纠缠的不可克隆性和非定域性来实现信息传输的绝对安全。 量子隐形传态： 详细介绍量子隐形传态（Quantum Teleportation）的原理，解释如何利用纠缠和经典通信信道，将一个未知量子态从一个地点传输到另一个地点。 量子网络： 探讨构建量子网络的可能性，即通过量子中继器和纠缠分发，实现远距离的量子信息传输和分布式量子计算。 量子精密测量： 介绍如何利用量子纠缠提高测量精度，例如在原子钟、引力波探测、磁场感应等领域，利用纠缠态的集体效应可以突破经典测量的精度极限。 量子模拟： 解释如何利用可控的纠缠系统来模拟其他复杂的量子系统，例如在材料科学、化学反应等领域，为研究难以直接观测的量子现象提供工具。 理论与实验的未来方向： 展望未来，量子纠缠的研究将继续深入，例如探索多体纠缠、拓扑纠缠等更复杂的纠缠形式，以及开发更稳定、更易于操纵的量子比特平台。同时，也需要更深入地理解量子测量过程中的信息获取与纠缠破坏之间的关系。 本书力求以严谨的科学态度，清晰的逻辑结构，以及生动的语言，带领读者走进量子纠缠的奇妙世界，理解其深邃的理论内涵，领略其精妙的实验验证，并展望其塑造未来科技的无限可能。

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对于像我这样希望系统性梳理知识体系的读者来说，这本书的组织结构是近乎完美的。它的章节划分非常合理，从宏观的物质分类到微观的结构理论，再到具体的反应动力学和热力学分析，每一步都衔接得天衣无缝，不存在知识点的跳跃或遗漏。索引和术语表做得极其详尽，当我需要快速查找某个特定概念的定义时，可以迅速定位，这对于反复查阅和巩固知识点非常实用。此外，书中提供的课后习题也很有价值，它们不仅仅是简单的计算题，还包含了许多需要逻辑推理和综合运用的开放性问题，真正考验了对概念的理解深度。我发现，即便是那些我自认为已经掌握的知识点，在解答这些精心设计的习题时，也会暴露出理解上的细微偏差，迫使我回溯原文进行更细致的研读。这本书真正做到了理论与实践的平衡，内容详实而不冗余，是值得反复阅读和珍藏的佳作。

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这本书的排版和插图质量简直是业界良心。我手里拿着的这本精装版，纸张的质感就很棒，拿在手里沉甸甸的，翻阅起来也十分顺滑。更值得称赞的是那些示意图，它们绝非随便找来的低清图片，而是经过精心设计的模型，无论是晶体结构的展示，还是分子轨道理论的可视化，都清晰得令人赞叹。特别是那些三维结构的渲染，色彩的搭配和光影的处理，使得原本抽象的结构变得立体而生动，我甚至能想象出原子在空间中的精确位置和相互作用。在讲解化学平衡和热力学部分时，作者巧妙地运用了大量的图表来辅助说明，这些图表信息密度适中，重点突出，极大地减轻了纯文字阅读带来的疲劳感。坦白说，很多专业书籍的配图往往是多余的累赘，但这本书的每一张插图都像是经过深思熟虑的教学工具，真正起到了“一图胜千言”的作用，让复杂的计算和理论不再显得那么高不可攀。

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我尝试着用这本书来复习一些久违的化学知识，原本以为会遇到很多晦涩难懂的术语，但出乎意料的是，作者在每一个关键概念的引入处，都会有一个非常生活化的例子作为铺垫。比如，谈到酸碱强弱时，它会从我们日常接触的柠檬汁和肥皂水说起，而不是直接抛出pH值的定义。这种“从生活到科学”的叙事路径，极大地降低了学习的门槛，也让知识的记忆更加牢固。当我读到关于氧化还原反应的部分时，作者用大量的篇幅去描述电化学在现代能源技术中的应用，这让我意识到，这些基础理论并非空中楼阁，而是驱动现代社会运转的核心动力。书中对一些经典实验的描述也十分详尽，仿佛带着读者亲手操作一般，那种严谨的步骤和对实验误差的分析，体现了作者深厚的实践经验。整体阅读下来，感觉更像是在跟随一位经验丰富的大师进行一对一的辅导，而不是被动地接受灌输。

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这本书的深度和广度都令人印象深刻，它不仅仅局限于基础的元素性质和反应类型，更将视角拉伸到了前沿领域。我惊喜地发现，其中专门用了一章来探讨环境化学中的一些热点问题，比如重金属污染的去除机制，以及新型催化剂的设计思路。这表明作者对学科的把握是与时俱进的，没有停留在几十年前的标准教材上。更让我欣赏的是，作者在讨论这些高阶内容时，依然保持着清晰的逻辑线索，他没有为了炫耀知识的博深而故意使用过于晦涩的语言，而是通过层层递进的推理，引导读者去思考问题的本质。例如，在解释配位化学时，它详细对比了不同配位几何结构的稳定性差异，并联系到生物体内酶的催化作用，这种跨学科的融汇贯通，极大地拓宽了我的知识边界。这本书绝对不仅仅是应试工具，它更像是一本思想的启蒙读物，激发人去探索更深层次的科学问题。

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这本书的封面设计着实吸引人，那种深邃的蓝色调配上银色的字体，仿佛在诉说着某种古老而深奥的科学哲理。我刚把它抱回家的时候，就忍不住翻开了第一页，原本以为会是一本枯燥的教科书，没想到作者的叙述方式充满了启发性。它似乎不像其他化学书那样只堆砌公式和反应方程式，而是更侧重于讲解元素背后的宏大图景。比如，开篇就深入探讨了周期表的构建历史，那种从早期元素发现到形成现代体系的探索过程，被描绘得如同史诗一般跌宕起伏。我特别喜欢它在解释化学键形成原理时所采用的类比手法，将复杂的量子力学概念转化成了更容易被理解的图像，让我这个非专业出身的读者也能窥见物质世界的奥秘。读完前几章，我感觉自己对物质的基本构成有了一种全新的认识，不再是死记硬背的知识点，而是一种对自然规律的敬畏。这本书在概念的引入和层层递进的逻辑构建上做得非常出色，让人在阅读的过程中有一种不断攀登高峰的满足感。

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