量子科技公開課

定　價(jià)：￥49.80

作　者：	葉朝輝審定
出版社：	人民出版社
叢編項(xiàng)：
標(biāo)　簽：	暫缺

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ISBN：	9787010234779	出版時(shí)間：	2021-07-01	包裝：	平裝
開本：	16開	頁數(shù)：	190	字?jǐn)?shù)：

內(nèi)容簡介

　　2020年10月16日，中共中央政治局就量子科技研究和應(yīng)用前景舉行第二十四次集體學(xué)習(xí)。習(xí)近平總書記在主持學(xué)習(xí)時(shí)強(qiáng)調(diào)，當(dāng)今世界正經(jīng)歷百年未有之大變局，科技創(chuàng)新是其中一個(gè)關(guān)鍵變量。我們要于危機(jī)中育先機(jī)、于變局中開新局，必須向科技創(chuàng)新要答案。要充分認(rèn)識推動(dòng)量子科技發(fā)展的重要性和緊迫性，加強(qiáng)量子科技發(fā)展戰(zhàn)略謀劃和系統(tǒng)布局，把握大趨勢，下好先手棋。本書以通俗易懂的語言介紹了量子科技的各個(gè)重要側(cè)面，章節(jié)的編排由淺入深，包括對量子物理的歷史和關(guān)鍵人物的介紹、當(dāng)今量子科技的熱門話題等。核心內(nèi)容是講述突破經(jīng)典物理的量子性質(zhì)及其應(yīng)用：基于量子相干和糾纏特性的精密測量或傳感，量子通信和量子計(jì)算。此外，還較為深入地討論了量子超越性實(shí)驗(yàn)的未定論部分，以期激發(fā)讀者進(jìn)一步了解量子物理和量子科技的興趣。適合對量子物理和相關(guān)新興科技的前沿發(fā)展有興趣并稍有數(shù)學(xué)和物理學(xué)基礎(chǔ)的領(lǐng)導(dǎo)干部和普通讀者。

作者簡介

　　審定者：葉朝輝，1942年生，物理學(xué)家，中國科學(xué)院院士，中國共產(chǎn)黨第十五、十六屆全國代表大會(huì)代表。1965年畢業(yè)于北京大學(xué)無線電電子學(xué)系。從1986年起任中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)所（現(xiàn)為中國科學(xué)院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院）研究員、博士生導(dǎo)師，2019年3月退休。曾任該所副所長（1984—1987），所長（1987—1999），波譜與原子分子物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任（1986—1993），中國科學(xué)院武漢分院院長（1999—2007），武漢磁共振中心主任（2008—2016）。從1999年起兼任華中科技大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師、理學(xué)院院長（2000—2004），武漢光電國家實(shí)驗(yàn)室（籌）主任（2004—2017）；曾任國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃（973計(jì)劃）專家顧問組成員、科技部重大科學(xué)研究計(jì)劃“量子調(diào)控研究”專家組成員等。中國科學(xué)院“基于原子的精密測量物理”先導(dǎo)專項(xiàng)（B）（2016—2021）首席科學(xué)家。主要從事波譜學(xué)與量子電子學(xué)的研究，為發(fā)展我國光抽運(yùn)銣原子頻標(biāo)做出過重要貢獻(xiàn)。在磁共振波譜學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)方面做過系列探索，近年來致力于磁共振與生命科學(xué)的交叉研究。撰稿人：蔡恒進(jìn)，武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院管理科學(xué)與工程以及軟件工程教授、博導(dǎo)，中國通信工業(yè)協(xié)會(huì)區(qū)塊鏈專業(yè)委員會(huì)（CCIAPCB）副主任委員，亞洲區(qū)塊鏈學(xué)會(huì)榮譽(yù)顧問，卓爾智聯(lián)研究院執(zhí)行院長。美國阿拉斯加大學(xué)費(fèi)爾班克斯分校空間物理博士。施磊，中國科學(xué)院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院副總設(shè)計(jì)師，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)理學(xué)學(xué)士、碩士，中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所理學(xué)博士。曾獲湖北省自然科學(xué)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、全軍科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。九三學(xué)社中央科普專委會(huì)委員，湖北省物理學(xué)會(huì)常務(wù)理事。？馮芒，中國科學(xué)院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院二級研究員，教授、博導(dǎo)。曾在多個(gè)歐洲國家的研究所和國立大學(xué)做客座科學(xué)家和研究學(xué)者，其中在意大利和愛爾蘭的工作是得到歐盟委員會(huì)的經(jīng)費(fèi)資助，參與歐洲量子計(jì)算的研究項(xiàng)目。榮獲中國科學(xué)院“領(lǐng)雁銀獎(jiǎng)”。？姚雍，美國紐約量子計(jì)算協(xié)會(huì)資深會(huì)員，美國天普大學(xué)計(jì)算機(jī)系博士。學(xué)術(shù)研究包括量子計(jì)算，可計(jì)算性和計(jì)算復(fù)雜性理論、自動(dòng)證明、人工智能、深度學(xué)習(xí)和生物信息等。后來轉(zhuǎn)入美國投行工作。

圖書目錄

前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1
第一部分歷史的回響
第一講動(dòng)魄驚心——量子力學(xué)哪里難懂．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3
“量子力學(xué)量力學(xué)”“遇事不決，量子力學(xué)”式的調(diào)侃讓普羅大眾對“量子”自動(dòng)加上了魔幻濾鏡。非物理專業(yè)的人士應(yīng)該如何切入這個(gè)話題才不至于云里霧里？愛因斯坦稱作“鬼魅”的現(xiàn)象到底是什么？我們能否為量子力學(xué)祛魅？
一、粒子的雙縫實(shí)驗(yàn) 4
二、鬼魅的超距作用 8
三、悖論性在哪里 11
四、量子技術(shù)不是納米技術(shù) 14
第二講撥云見日——量子登上歷史舞臺．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 17
新統(tǒng)一的德意志帝國雄心勃勃，決心在人工照明行業(yè)的國際競爭中獲得壓倒性優(yōu)勢，導(dǎo)致了量子的誕生。普朗克為解決黑體輻射的理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不相符的問題，提出了量子的概念；愛因斯坦提出光量子理論，完美地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象；玻爾的量子化原理結(jié)構(gòu)理論成功解釋了原子的穩(wěn)定性和氫原子的光譜結(jié)構(gòu)；而德布羅意王子則進(jìn)一步指出物質(zhì)具有波和粒子的二相性。量子物理就此登上舞臺。
一、黑體輻射 19
二、愛因斯坦的光量子 27
三、玻爾的原子 32
四、德布羅意的波粒二相性 39
第三講群星璀璨——物理學(xué)史上最靚群體．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 47
量子物理大廈建立的過程中，天才的小伙子們功勛卓著。泡利提出電子自旋的概念解釋了磁場中氫原子譜線的四重或多重分裂，海森堡和薛定諤相繼建立了矩陣量子力學(xué)和波動(dòng)量子力學(xué)，波恩的概率波解釋意味著量子世界遵循的是概率論而不是決定論，狄拉克給出了一套數(shù)學(xué)形式優(yōu)美的量子理論，并發(fā)現(xiàn)了不確定原理，至此，量子物理學(xué)的大廈——量子力學(xué)得以建立。
一、泡利和海森堡 48
二、薛定諤、狄拉克和波恩 57
三、后來的佼佼者 62
第二部分探微的螺旋
第四講分身千千萬——量子世界有何神奇．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 69
量子性質(zhì)十分神奇，無論是疊加態(tài)還是糾纏態(tài)都徹底顛覆了我們在宏觀世界中習(xí)慣了的認(rèn)知，也使我們對量子世界的觀察和操控充滿了不確定性。量子性質(zhì)也非常脆弱，對一個(gè)量子態(tài)的制備、操控和觀察，每一步都是對人類知識和技術(shù)的挑戰(zhàn)。
一、量子態(tài)的疊加性 70
二、量子糾纏與EPR 佯謬 73
三、量子測量與測不準(zhǔn)原理 77
四、脆弱的量子特性 79
第五講私語萬里遠(yuǎn)——走向?qū)嵱玫牧孔有畔⒓夹g(shù)．．．．．．．．．．．．． 83
量子通信的絕對安全性來源于糾纏態(tài)作為通信信道。但量子態(tài)無法在實(shí)驗(yàn)室以外長時(shí)間保持，怎么辦？當(dāng)前廣為人知的量子通信網(wǎng)絡(luò)或技術(shù)并非基于糾纏態(tài)，而是基于單光子，這是怎么做到的？
一、量子比特與量子邏輯門 84
二、由量子態(tài)的直接傳送到非直接傳送 87
三、量子密鑰分發(fā)與走向?qū)嵱玫牧孔油ㄐ?90
第六講毫發(fā)分億兆——驅(qū)動(dòng)科學(xué)進(jìn)步的精密測量．．．．．．．．．．．．． 95
更好的測量手段能讓我們看到前人從未看到的地方?，F(xiàn)代科學(xué)的誕生一直是和精密測量的藝術(shù)緊密聯(lián)系在一起。但精密測量的極限在哪里？引入了量子元素的精密測量可能做到絕對精準(zhǔn)無誤嗎？
一、基本物理量計(jì)量基準(zhǔn)的量子化 96
二、精密測量的極限在哪里 99
三、測量技術(shù)的未來——量子傳感 102
第七講百秒頂億年——量子計(jì)算機(jī)的制造．．．．．．．．．．．．．．．．．． 105
量子計(jì)算機(jī)代表的是一項(xiàng)顛覆性的未來技術(shù)，不僅會(huì)改變長期統(tǒng)治人類計(jì)算方式的圖靈模式，而且會(huì)提升人類對量子世界的認(rèn)知水平。研制量子計(jì)算機(jī)既是顯示一個(gè)國家高科技實(shí)力的科技問題，也是關(guān)系到一個(gè)國家信息安全的政治問題。
一、量子計(jì)算機(jī)簡史 106
二、量子算法為何有強(qiáng)大的功能 113
三、量子模擬——小型的量子計(jì)算 115
四、如何造出量子計(jì)算機(jī) 118
第三部分未來的征戰(zhàn)
第八講難易天塹——經(jīng)典與量子計(jì)算復(fù)雜性．．．．．．．．．．．．．．．． 127
什么是難，什么是易？隨著人類智力活動(dòng)探索的不斷發(fā)展，人們從數(shù)學(xué)上給出了什么是計(jì)算以及難和易的嚴(yán)格的模型和定義。這就是可計(jì)算性和計(jì)算復(fù)雜性理論研究的內(nèi)容。由此，大量的重要的理論和實(shí)際問題的難易刻畫被充分研究。這也部分揭示了人類智能之謎及其局限。
一、人類智力創(chuàng)造的輝煌 128
二、圖靈機(jī)——什么是計(jì)算 135
三、量子計(jì)算——新的天地 145
四、難和易——人類智能的界限 154
第九講 “量子霸權(quán)”——量子計(jì)算機(jī)能否碾壓一切．．．．．．．． 157
理論上，目前還沒有能夠證明量子計(jì)算機(jī)比經(jīng)典計(jì)算機(jī)快（指數(shù)倍）。同時(shí)適用規(guī)模的量子計(jì)算機(jī)目前還難以實(shí)現(xiàn)。人們退而求其次，先設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)演示量子超越性。目前所做的量子超越性實(shí)驗(yàn)的結(jié)論理論界還在進(jìn)一步討論中。量子計(jì)算的超越性究竟是唾手可得還是水中月？
一、名稱之爭——量子霸權(quán)還是量子超越性 158
二、量子超越性提出的背景 159
三、量子超越性實(shí)驗(yàn) 162
四、唾手可得還是水中月 174
后記．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 177