作者：张庆瑞
页数：328
出版社：中译出版社
出版日期：2023
ISBN：9787500172390
电子书格式：pdf/epub/txt
内容简介
量子力学的发展历史波澜壮阔。当前，量子科技处于加速度的关键时刻，量子技术在国家和全球范围内取得的进展超出了预期。可以预见，基于量子技术的量子竞争，将会改变人类现有的生产和生活方式，甚至影响世界格局。 本书概述了“第二次量子科技革命”的重要性，简单介绍了量子计算机、量子通信与量子传感器的出现，进而形成量子物联网的未来产业，以及现代公民应该具备哪些基本量子素养以面对时代的崭新变局。并且，作者敏锐地注意到，量子科技时代的应用研究与教育的新特色。在这本书中，作者就如何将量子科技教育纳入现代教育，如何将其从中学延续到大学，提出了方案，并以实验作为支持。通过本书，读者将对未来量子科技产业及其对人类社会的影响有所了解，并能够将晦涩、深奥的量子知识转化成生活常识。
作者简介
张庆瑞，曾任台湾大学代理校长，目前任中原大学物理学系讲座教授，主要研究量子计算及其应用、自旋电子学、拓扑绝缘体与二维电子系统的自旋传输、磁性体的动态翻转机制等。他长期从事物理学的教学与研究，尤其注重物理学的工业应用，是国际电气和电子工程师协会会士（IEEE Fellow）、美国物理学会会士（APS Fellow），目前担任中原大学-富士通计算中心主任。他在磁学、电子学、量子信息等领域多有建树，其在工业领域的贡献获得了业界的高度赞赏，颇具权威性。
本书特色
1、理论性与实践应用相结合：以清晰的逻辑全面解析量子概念。
2、观点新颖：书中尝试引入相关的历史与社会发展背景，同时也试探着分析东西方文化的差异性是否也像一种量子特有的波粒二象性展现，视角独特而新颖。
3、通俗、易懂，可读性强：为与一般量子正式教科书区隔，因此全书除极少数地方外，看不到深奥的物理与数学符号或公式。通过通俗易懂的文字，展现出了科学的魅力。
4、作者的专业性和权威性：张庆瑞教授著名科普事迹众多，主要有首次在台北101大楼点灯拼出E=MC2，引起世界注目，从此启动于每年12月31日跨年拼字。创建台湾大学第一个物理文物厅，展示亚洲最早期考克饶夫－瓦耳顿型直线粒子加速器。专业领域方面，张庆瑞教授已发表280篇以上专业论文，并获得28个以上磁性相关专利。张教授曾担任过亚洲磁性协会理事长，也曾任台湾磁性协会理事长及台湾物理学会理事长。
目录
第一章
量子霸权已经降临
第一节?? 知识应用推动的历次科技革命 003
第二节?? “第二次量子科技革命”出现的背景与特色 009
第三节?? 后硅谷时代的全球量子科技竞赛 013
第四节?? 量子计算机的分类与产业近况 018
小?? 结 020
第二章
从量子论到量子力学
第一节?? 思想起源及时代背景 031
第二节?? 原子模型的演化过程 042
第三节?? 量子力学的崛起 046
第三章
高维度的数学空间
第一节?? 量子态与复数空间 063
第二节?? 向量空间与希尔伯特空间 067
小?? 结 072
第四章
可逆量子运算
第一节?? 可逆与不可逆过程 077
第二节?? “麦克斯韦妖”与熵的关系 083
第三节?? 信息熵的意义与影响 086
第四节?? 可逆的量子计算机 092
小?? 结 095
第五章
量子比特与量子计算机
第一节?? 量子的特性 101
第二节?? 量子图灵机 105
第三节?? 量子比特 110
第四节?? 量子逻辑门与预言机 118
第五节?? 低温电子学 124
第七节?? 量子计算机的种类 132
第八节?? 量子纠错与容错 135
小?? 结 137
第六章
量子算法
第一节?? 什么是算法 143
第二节?? 量子算法 146
第三节?? 如何开始量子计算 164
小?? 结 169
第七章
量子计算应用
第一节?? 量子计算现况 175
第二节?? 量子计算应用领域 181
小?? 结 199
第八章
量子计量学与量子传感器
第一节?? 特殊的生物量子传感 205
第二节?? 计量与传感 206
小?? 结?? ?? 219
第九章
量子通信与量子互联网
第一节?? 加密传输的重要性?? ?? 225
第二节?? 量子加密?? ?? 231
第三节?? 量子通信?? 236
第四节?? 量子互联网?? 244
小?? 结?? 248
第十章
量子教育与世界未来
第一节?? 量子常识与知识?? ?? 253
第二节?? 量子游戏与量子科幻?? 255
第三节?? 量子教育?? 263
第四节?? 后硅谷时代的量子新世界?? ?? 267
小?? 结?? 271
附录一?? 全球主要国家或地区量子科技发展现状 ?? 277
附录二?? 全球主要公司的量子科技发展现状
节选
序一
在历史上，1922 年是物理学的重要转折点。在这之前，量子理论仅仅是包含一系列假说或提出某些类似古典结构的理论，还不足以解释新的实验现象；在这之后，由于三位新一代科学家的贡献，量子力学理论得以诞生，并呈现迅猛发展的势态。这三位新一代科学家是德国的沃纳·海森堡（Werner Heisenberg，1901—1976 年）、奥地利的埃尔温·薛定谔（Erwin Schrödinger，1887—1961 年）和英国的保罗·狄拉克（Paul Dirac，1902—1984 年）。其中，以薛定谔为代表的“波动力学”，以海森堡为代表的“矩阵力学”和“不确定原理”，以及狄拉克的“狄拉克方程”和“量子辐射理论”，都为量子力学的发展提供了新的理论平台。1927 年，第五届索尔维会议（Conseils Solvay）在布鲁塞尔举行，29 名来自世界各地的第一科学家，包括尼尔斯·玻尔（Niels Bohr，1885—1962 年）、阿诺德·索末菲（Arnold Sommerfeld，1868—1951 年）、沃尔夫冈·泡利（Wolfgang Pauli，1900—1958 年）、阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein，1879—1955 年）等老一代科学家以及以海森堡、狄拉克、薛定谔为代表的新生代科学家齐聚一堂。在这次会议上，他们的理论不断更新，形成了对量子力学的全新认知，深刻影响了之后半个多世纪量子力学的演变和发展。
量子力学既是颠覆性的物理学革命，也是深刻的思想革命。在过去的 90 多年间，量子力学与爱因斯坦相对论不断地颠覆人们对现实世界的常识性观念，解释牛顿物理定律所不能解释的一切自然和物理现象，帮助人们重新建立思考从宏观世界到微观世界、从宇宙演化到生命科学的思想框架，使人们接受人类本身就是“量子人”这样的事实。如今不得不承认，“这个理论中没有一个预言被证明是错误的”。
量子力学的发展历史波澜壮阔，常常被划分为两个阶段：“第一次量子科技革命”和“第二次量子科技革命”。
“第一次量子科技革命”始于 20 世纪初，截止于 20 世纪八九十年代。之后，“第二次量子科技革命”开始。“第一次量子科技革命”完成了量子力学理论框架的构建，描述了量子力学的基本特征，实现了量子力学与数学、化学、生物学和宇宙学的结合，同时为核武器、激光、晶体管等技术提供了理论依据。
开始于 20 世纪末的“第二次量子科技革命”的核心是实现量子科技的全方位突破，致力于开发基于量子力学本身的量子器件和技术，包括公认的量子计算、量子通信和量子精密测量三大领域。其中，超导量子计算技术和光量子计算技术最具挑战性。在“第二次量子科技革命”中，发生了一系列具有里程碑意义的事件。2008 年 9 月，在瑞士和法国的交界——侏罗山，有条总长17 英里 a（含环形隧道）的隧道，世界上最大、能量最高的粒子加速器——质子加速对撞的高能物理设备在此正式启动测试。这次测试是研究人员将一个质子束以顺时针方向注入加速器中，让其加速到 99.9998％光速的超快速度。截至 2010 年，参与该项目的科学家表示，该质子束可能已经“接近”希格斯玻色子。希格斯玻色子也被喻为“上帝粒子”，在大爆炸之后的宇宙形成过程中扮演过重要角色。
略……
朱嘉明
经济学家
横琴数链数字金融研究院学术与技术委员会主席
