基本粒子及其相互作用 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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页数:661

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出版时间:2010-4

价格:79.00元

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isbn号码:9787510004858

丛书系列:

图书标签:

粒子物理学
基本粒子
量子场论
标准模型
高能物理
相互作用
物理学
科学
前沿科技
科普

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具体描述

《基本粒子及其相互作用:概念和唯象论》内容简介：The last few decades have seen major advances in the physics of elementary particles. New generations of particle accelerators and detectors have come into operation, and have successfully contributed to improving the quantity and quality of data on diverse interaction processes and to the discoveries of whole new families of particles. At the same time, important new ideas have emerged in quantum field theory, culminating in the developments of theories for the weak and strong interactions to complement quantum electrodynam-ics, the theory of the electromagnetic force. The simplest of the new theories that are at the same time mathematically consistent and physically successful constitute what is known as the standard model of the fundamental interac-tions. This book is an attempt to present these remarkable advances at an elementary level, making them accessible to students familiar with quantum mechanics, special relativity, and classical electrodynamics.

好的，这是一份为您准备的图书简介，内容聚焦于量子信息与计算领域，完全不涉及您提到的“基本粒子及其相互作用”一书的内容。 --- 书籍名称：《量子纠缠的奥秘：从信息论到前沿计算》引言：信息时代的下一场革命自信息技术诞生以来，人类对信息存储、处理和传输的理解从未停止深化。从图灵机的抽象模型到如今无处不在的数字世界，我们赖以生存的计算范式建立在经典物理学的基石之上——比特（Bit），一个非0即1的确定状态。然而，当我们深入探索自然界最微观的层面时，我们发现自然界本身遵循着一种迥异于经典逻辑的规则：量子力学。《量子纠缠的奥秘：从信息论到前沿计算》正是在这一背景下诞生的著作。本书并非聚焦于传统物理学的基本粒子或场论，而是将目光投向量子力学的核心现象——叠加态与纠缠态——如何被提炼并转化为下一代信息处理工具。我们旨在为那些希望跨越经典信息论与量子信息科学鸿沟的读者，提供一座坚实的桥梁。本书将带领读者深入理解，当信息不再是确定的开关，而是概率的云雾时，计算的边界将如何被重塑。 --- 第一部分：量子信息学的理论基石本部分是理解后续复杂概念的理论准备。我们首先回顾信息论的经典框架，通过香农的熵概念，确立信息量的度量标准。随后，我们将视角转向量子世界，系统介绍量子力学中描述信息载体的数学工具。 1.1 量子态的描述与希尔伯特空间：我们将详细阐述量子态如何通过态矢量（Ket Vectors）在复数域的希尔伯特空间中表示。重点解析了单量子比特（Qubit）的几何表示——布洛赫球（Bloch Sphere），这为理解量子态的连续性和不确定性提供了直观的图像。 1.2 叠加原理与概率诠释：深入探讨薛定谔方程在信息描述中的应用，解释态的叠加态（Superposition）意味着什么，以及测量操作如何导致波函数坍缩，引入内在的概率性。我们详尽分析了玻恩定（Born Rule）如何量化测量的结果。 1.3 量子纠缠的诞生：这是全书的核心概念之一。我们将区分可分离态与纠缠态，通过张量积的数学形式清晰界定贝尔态（Bell States）的独特性。纠缠不仅仅是两个粒子状态的关联，而是信息本身的一种新型资源。本书将通过“EPR悖论”的历史回顾，辅以现代量子信息实验的视角，阐明纠缠是如何超越定域实在论的限制。 1.4 量子信息度量：经典信息论中的信息熵（Shannon Entropy）在量子世界中需要被修正。本书引入了冯·诺依曼熵（Von Neumann Entropy）来量化量子态的混合程度，并探讨了量子信息论中的互信息、条件熵以及量子数据处理不等式，为后续的量子信道容量分析打下基础。 --- 第二部分：量子计算的硬件与算法突破掌握了量子信息的基本语言后，本书将转向如何利用这些原理进行计算。我们探索实现量子计算的物理平台，并深入分析那些展现出指数级加速潜力的核心算法。 2.1 量子逻辑门与线路模型：我们将量子计算比作一个精密的机械装置，其中“门”是执行特定变换的酉矩阵（Unitary Matrix）。本书详细介绍了基本的单比特门（如Pauli门、Hadamard门）和关键的双比特门（如 CNOT 门）。我们展示了如何利用这些基本门构建复杂的量子线路，并证明了通用量子计算机只需一套完备的门集即可模拟任何量子计算过程。 2.2 物理实现的前沿探索：量子计算机的“比特”并非电子或晶体管，而是需要高度受控的物理系统。本章对比了当前主流的量子硬件平台：超导电路（Transmons）、离子阱（Trapped Ions）、中性原子、拓扑量子比特，以及基于光子的实现方案。我们分析了每种技术在相干时间、门保真度、可扩展性等关键性能指标上的优缺点。 2.3 颠覆性的量子算法：本部分将重点解析两个对计算领域具有里程碑意义的算法： Shor算法：详细分解其核心——量子傅里叶变换（QFT）的构建，以及如何利用QFT在多项式时间内解决大数因子分解这一对现代密码学构成致命威胁的难题。 Grover搜索算法：阐释其振幅放大机制，展示如何对无序数据库进行平方加速的搜索，并讨论其在优化问题中的应用潜力。 2.4 变分量子算法（VQA）：鉴于当前NISQ（Noisy Intermediate-Scale Quantum）设备的局限性，本书专门开辟章节介绍混合量子-经典计算框架。重点讨论变分量子本征求解器（VQE）和量子近似优化算法（QAOA），这些是当前化学模拟和组合优化领域最活跃的研究方向。 --- 第三部分：量子通信与信息安全量子信息不仅关乎计算速度，更关乎信息传输的绝对安全性和传输能力的提升。 3.1 量子密钥分发（QKD）：详细介绍BB84协议的运作流程，并从信息论的角度证明了其“无条件安全”的特性。讨论了更先进的协议如E91，以及城际 QKD 网络面临的挑战，例如光纤损耗和单光子探测器的效率问题。 3.2 量子隐形传态（Teleportation）：这一概念常常被误解为瞬间移动物体。本书澄清，隐形传态是传输量子态的精确过程，它依赖于共享的纠缠资源和经典信道的辅助。我们通过数学推导展示了如何利用贝尔基测量实现量子态的重建。 3.3 量子纠错码：量子态极其脆弱，易受环境噪声干扰。本章探讨了如何通过编码冗余信息来保护量子态不丢失，重点介绍表面码（Surface Codes）的设计原理，及其在构建容错通用量子计算机中的关键作用。 --- 结语：迈向实际应用的未来图景《量子纠缠的奥秘》最终将引导读者展望量子技术从实验室走向实际应用的未来。我们探讨了量子模拟器在材料科学和药物发现中的前景，分析了量子增强机器学习的可能性，并讨论了量子技术对金融建模和优化问题的潜在颠覆。本书旨在激发读者对这一跨学科前沿领域的思考，并为未来的研究和创新奠定坚实的知识基础。本书适合对象：具备扎实线性代数和概率论基础的理工科学生、计算机科学家、电子工程师，以及所有对信息技术未来充满好奇、渴望理解下一代计算范式的专业人士。