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出版者:Wiley-VCH

作者:Rainer Hippler (Editor)

出品人:

页数:945

译者:

出版时间:2008-3-3

价格:USD 495.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9783527406739

丛书系列:

图书标签:

• 低温等离子体
• 等离子体物理
• 等离子体化学
• 材料科学
• 表面处理
• 薄膜技术
• 等离子体诊断
• 工业等离子体
• 等离子体应用
• 物理学

好的，这是一份关于量子信息与计算领域的图书简介，内容涵盖了该领域的核心概念、前沿进展及未来展望，旨在为读者提供一个全面而深入的视角，完全不涉及低温等离子体（Low Temperature Plasmas）的内容。 --- 量子计算的基石与前沿：从理论到实践的深度探索 内容概述 本书旨在为读者系统地梳理量子信息与计算领域的理论基础、核心算法、实现技术以及未来发展趋势。在信息技术面临摩尔定律瓶颈的今天，量子计算以前所未有的潜力，预示着一场深刻的技术革命。本书聚焦于构建这个新时代的计算范式所需的关键知识体系，内容严谨而全面，适合物理学、计算机科学、电子工程等相关专业的学生、研究人员以及对前沿计算技术感兴趣的专业人士。 全书分为四个主要部分，层层递进，既有对基础原理的清晰阐释，也有对当前最活跃研究方向的深入剖析。 第一部分：量子信息的基础架构 本部分奠定了整个量子信息理论的数学和物理框架。我们从经典信息论的局限性出发，引出量子信息的基本概念。 第一章：量子比特与量子态空间 本章详细介绍了量子比特（Qubit）——量子计算的基本单元——的概念及其与经典比特的本质区别。通过狄拉克符号（Bra-Ket Notation）的引入，我们系统地探讨了量子态的描述，包括纯态、混合态以及密度矩阵的数学形式。特别强调了量子叠加态（Superposition）和量子纠缠（Entanglement）这两个核心量子特性的物理意义和数学表达。我们将分析二维和多维希尔伯特空间，理解量子态的演化规律。 第二章：量子门与量子线路 量子计算的运算是通过一系列可逆的量子门实现的。本章系统地分类和介绍了单比特和多比特量子门，如泡利门（Pauli Gates）、Hadamard门、相位门以及关键的两比特门——受控非门（CNOT Gate）。我们将探讨如何利用这些基本门构建复杂的量子线路，并证明任意酉矩阵都可以通过一组通用量子门集来逼近，从而确立了量子线路的完备性。此外，本章还会深入分析线路图的绘制规范和解读方法。 第三章：量子纠缠的度量与应用 纠缠是量子信息领域最具价值的资源之一。本章超越了定性描述，深入探讨了量化纠缠的方法，包括纠缠熵、纠缠见证（Entanglement Witness）等指标。我们将分析纠缠在量子隐形传态（Quantum Teleportation）和超密编码（Superdense Coding）等基本协议中的关键作用，展示信息如何在量子态中实现非经典的传输和共享。 第二部分：量子算法的核心洞察 本部分聚焦于那些展示出超越经典计算能力的量子算法，阐明它们相对于经典对应物的加速机制。 第四章：量子傅里叶变换与相位估计 量子傅里叶变换（QFT）是许多高效量子算法的基石，其计算复杂度远低于经典傅里叶变换。本章将详细推导QFT的数学公式，并展示其在线性代数计算中的应用。紧密结合QFT，我们将深入剖析量子相位估计（Quantum Phase Estimation, QPE）算法，解释它是如何精确提取酉矩阵本征值的，并揭示其在求解特征值问题中的核心地位。 第五章：秀尔算法：大数分解的革命 秀尔算法（Shor’s Algorithm）是量子计算领域最著名的里程碑之一，它能够以多项式时间分解大整数，从而对现有的基于大数分解的公钥密码体系（如RSA）构成致命威胁。本章将详细分解秀尔算法的结构，重点阐述如何利用QPE来高效地求解周期查找问题，并讨论其实际实现中对量子比特数量和错误率的严格要求。 第六章：格罗弗搜索算法与优化问题 格罗弗算法（Grover’s Algorithm）提供了一个对无序数据库进行二次加速的搜索方法。本章将构建格罗弗迭代器（Grover Iteration），解释其几何意义——通过反复应用反射操作使目标态的概率幅度增强。我们将分析该算法的收敛速度，并探讨其在组合优化问题，如满足性问题（SAT）和机器学习中的潜在应用扩展。 第三部分：实现量子计算的物理平台 量子计算的理论优势必须依赖于可靠的物理实现。本部分将介绍当前主流的几种量子硬件平台及其面临的工程挑战。 第七章：超导量子比特系统 超导电路是当前量子计算研究中最活跃的领域之一。本章将介绍基于约瑟夫森结的超导量子比特（如Transmon、Flux Qubit）的工作原理。重点分析其优势（如集成度高、操作速度快）和挑战（如退相干时间短、串扰问题）。我们将探讨如何使用微波脉冲精确控制这些量子比特的状态，并介绍实现量子逻辑门和读取测量的技术。 第八章：离子阱与中性原子系统 离子阱量子计算机利用被电磁场囚禁的单个离子作为量子比特，其优点在于极长的相干时间和极高的门保真度。本章将阐述激光冷却、囚禁技术以及如何通过激光精确操控离子的内部能级来进行计算。此外，书中还将介绍基于光镊（Optical Tweezer）和里德伯格态（Rydberg State）的中性原子阵列，分析其在构建大规模、可扩展量子处理器方面的独特优势。 第九章：拓扑量子计算与容错需求 为了应对环境噪声和物理缺陷导致的错误，容错量子计算是长期目标。本章介绍量子纠错码（Quantum Error Correction Codes）的基本思想，特别是表面码（Surface Code）的结构和局域操作。随后，我们将深入探讨拓扑量子计算的概念，解释非阿贝尔任意子（Non-Abelian Anyons）如何通过编织操作实现对环境噪声的内在免疫性，从而为构建大规模、可靠的量子计算机指明一条可能的路径。 第四部分：量子信息的前沿交叉领域 本部分将目光投向量子信息学与其他学科的交叉融合点，展示其更广阔的应用前景。 第十章：量子机器学习（QML） QML是利用量子计算机强大的并行处理能力来加速经典机器学习任务的前沿方向。本章将介绍量子特征映射（Quantum Feature Maps）、量子神经网络（QNN）的基本结构，以及变分量子本征求解器（VQE）在优化和变分算法中的应用。我们将讨论当前的“量子优势”瓶颈，并评估无噪声中等规模量子设备（NISQ）时代的潜力。 第十一章：量子化学与材料模拟 量子力学从根本上描述了分子和材料的性质，但经典计算机在精确模拟复杂系统时面临指数级困难。本章将聚焦于如何利用量子计算机来模拟费米子系统，核心介绍VQE算法在计算分子基态能量方面的应用，以及量子相估计算法在精确求解哈密顿量本征值方面的潜力，为新材料发现提供强大的理论工具。 第十二章：量子密码学与安全通信 量子计算对现有公钥加密体系的威胁，催生了对后量子密码学（Post-Quantum Cryptography, PQC）的需求。本章将介绍格密码（Lattice-based Cryptography）、哈希函数签名等PQC方案的原理。同时，我们将探讨量子密钥分发（QKD）协议，例如BB84协议，解释它们如何利用量子物理原理保证信息传输的绝对安全，即便在拥有量子计算机的攻击者面前依然可靠。 --- 本书力求以清晰、逻辑严密的结构，将复杂的量子概念转化为可理解的知识体系，是每一位致力于探索信息科学未来边界的读者不可或缺的参考指南。

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这本书的排版和图示质量确实达到了顶级学术出版物的标准，但内容上我感觉它更像是面向专业研究人员的“工具箱”而非面向课堂教学的“指南”。我特别欣赏它对非理想等离子体效应的讨论，比如粒子碰撞、化学反应网络的复杂性，这部分内容为理解等离子体在化学气相沉积（PECVD）或环境处理中的应用提供了坚实的理论基础。书中对等离子体边界层物理的分析尤其精辟，如何处理鞘层（Sheath）的电势分布和离子束的注入角度，这些都是工程上最头疼的问题，作者提供了一套非常系统化的处理思路。不过，对于习惯了使用现代数值模拟软件（如PIC模拟）的读者来说，书中对解析解的过度依赖可能会让你觉得进度稍慢。它更多地强调的是物理图像的建立和理论建模，对于如何将这些模型高效地转化为计算机代码的细节则着墨不多，这或许是那个年代学术著作的共同特点。总而言之，它是一部需要“慢读”的典籍，适合在寂静的深夜，泡上一杯咖啡，与思想进行深度对话。

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坦白讲，这本书的阅读体验是充满挑战性的，它绝不是那种可以轻松翻阅的“快餐读物”。我发现，即便是对等离子体场域有一定了解的人，也需要时不时地停下来，反复琢磨那些晦涩的数学推导。它的叙述风格极其内敛和学院派，几乎没有冗余的文字，每一个段落都紧紧围绕核心物理概念展开。我注意到，书中在处理波动力学和磁流体力学（MHD）的部分时，对偏微分方程的求解方法进行了相当详尽的介绍，这部分内容对于工程应用层面的读者来说，可能显得过于偏重理论证明，以至于有时会让人感觉脱离了实际应用场景。然而，正是这种对基础数学框架的坚守，保证了书中所有结论的可靠性和普适性。如果你期待的是一本聚焦于最新工业应用案例的工具书，那么你可能会觉得此书略显枯燥和“老派”，但如果你想从物理学的最底层逻辑上理解等离子体的行为，那么它提供的基础训练是无价的基石。

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拿到这本关于等离子体物理的著作后，我最直观的感受是它的理论深度和对实验现象的归纳能力令人印象深刻。书中对于大气压等离子体和真空等离子体这两种主流应用场景的对比分析尤为精彩。它不仅仅罗列了现象，更重要的是构建了一套完整的物理模型来解释这些现象背后的能量交换和粒子输运过程。比如，在讨论DBD（介质阻挡放电）时，作者没有满足于停留在宏观电流波形上，而是深入挖掘了微放电丝的形成、寿命及其对整体放电结构的影响，这一点在很多入门级的教材中是很难看到的。书中的许多章节都穿插着历史发展脉络的介绍，让你清晰地看到某个理论是如何一步步被建立和完善的，这种历史的厚重感，让知识的吸收过程也变得更有情境感。我特别喜欢其中关于等离子体诊断技术的章节，它详细阐述了各种光谱分析、探针测量方法的优缺点及其适用范围，对于指导实际的实验设计帮助极大，感觉就像是有一位经验丰富的导师在手把手教你如何验证理论预测。

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这是一本绝对扎实的参考书，它对于等离子体光谱学的介绍部分，简直是我的救星。我之前在处理诊断数据时，对某些发射谱线的归属和碰撞激发截面的不确定性感到非常困惑，而这本书提供了一个非常详尽的背景知识，解释了原子能级跃迁的概率和温度依赖性，帮助我更好地校准了实验数据。书中对不同类型的放电光源（如ICP、CCP）的等效电路模型分析，也极其透彻，它不仅仅给出了RLC模型的参数，还解释了为什么在某些频率下，等离子体阻抗会表现出负阻特性，这对于射频功率耦合的研究至关重要。我注意到，书中对非线性效应的讨论似乎相对保守，更多地集中在线性响应理论的框架内，对于高度非均匀、非热平衡状态下的复杂现象，其描述的深度不如对平衡态或准平衡态的分析那样详尽。但瑕不掩瑜，这本书为理解等离子体作为物质的第四态所遵循的基本物理定律，提供了一套无可替代的理论框架，是任何严肃的等离子体研究者书架上不可或缺的重磅著作。

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这本厚重的书，光是拿到手里就有一种沉甸甸的学术感。我本来是想找一本能快速入门低温等离子体基础概念的读物，结果翻开目录才发现，这简直就是一部百科全书式的巨著。它深入浅出地探讨了等离子体的生成机理、特性演化，以及在不同环境下的行为模式。作者的叙述非常严谨，每一个公式的推导都力求详尽，让人不得不佩服其学术功底。尤其是在微观粒子动力学部分，书中详尽描述了电子、离子在电场和磁场中的运动轨迹，图表和示意图的数量远超我预期的密度，简直像是一套完整的大学研究生课程讲义。如果你的目标是成为这个领域的专家，这本书绝对是不可或缺的案头参考书，但对于初学者来说，可能需要极大的耐心去消化其中的每一个细节，否则很容易在复杂的理论模型中迷失方向。这本书的价值在于其深度和广度，它不会直接告诉你“怎么做”，而是会告诉你“为什么会这样”，这一点非常对我的胃口，但确实需要投入大量的时间去啃读。

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