量子科技公開(kāi)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(kāi)本：	16開(kāi)	頁(yè)數(shù)：	190	字?jǐn)?shù)：

內(nèi)容簡(jiǎn)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(shū)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(kāi)新局，必須向科技創(chuàng)新要答案。要充分認(rèn)識(shí)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(shì)，下好先手棋。本書(shū)以通俗易懂的語(yǔ)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(duì)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(mén)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(cè)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(duì)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(jiǎn)介

　　審定者：葉朝輝，1942年生，物理學(xué)家，中國(guó)科學(xué)院院士，中國(guó)共產(chǎn)黨第十五、十六屆全國(guó)代表大會(huì)代表。1965年畢業(yè)于北京大學(xué)無(wú)線電電子學(xué)系。從1986年起任中國(guó)科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)所（現(xiàn)為中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)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(zhǎng)（1984—1987），所長(zhǎng)（1987—1999），波譜與原子分子物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任（1986—1993），中國(guó)科學(xué)院武漢分院院長(zhǎng)（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(zhǎng)（2000—2004），武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）主任（2004—2017）；曾任國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃（973計(jì)劃）專(zhuān)家顧問(wèn)組成員、科技部重大科學(xué)研究計(jì)劃“量子調(diào)控研究”專(zhuān)家組成員等。中國(guó)科學(xué)院“基于原子的精密測(cè)量物理”先導(dǎo)專(zhuān)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(guó)光抽運(yùn)銣原子頻標(biāo)做出過(guò)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(guò)系列探索，近年來(lái)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(guó)通信工業(yè)協(xié)會(huì)區(qū)塊鏈專(zhuān)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(wèn)，卓爾智聯(lián)研究院執(zhí)行院長(zhǎng)。美國(guó)阿拉斯加大學(xué)費(fèi)爾班克斯分?？臻g物理博士。施磊，中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院副總設(shè)計(jì)師，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)理學(xué)學(xué)士、碩士，中國(guó)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(zhuān)委會(huì)委員，湖北省物理學(xué)會(huì)常務(wù)理事。？馮芒，中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院二級(jí)研究員，教授、博導(dǎo)。曾在多個(gè)歐洲國(guó)家的研究所和國(guó)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(ài)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(guó)科學(xué)院“領(lǐng)雁銀獎(jiǎng)”。？姚雍，美國(guó)紐約量子計(jì)算協(xié)會(huì)資深會(huì)員，美國(guó)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(lái)轉(zhuǎn)入美國(guó)投行工作。

圖書(shū)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(duì)“量子”自動(dòng)加上了魔幻濾鏡。非物理專(zhuān)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(ài)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(jiàn)日——量子登上歷史舞臺(tái)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 17
新統(tǒng)一的德意志帝國(guó)雄心勃勃，決心在人工照明行業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中獲得壓倒性優(yōu)勢(shì)，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(wèn)題，提出了量子的概念；愛(ài)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(tái)。
一、黑體輻射 19
二、愛(ài)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(guò)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(chǎng)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(lái)的佼佼者 62
第二部分探微的螺旋
第四講分身千千萬(wàn)——量子世界有何神奇．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 69
量子性質(zhì)十分神奇，無(wú)論是疊加態(tài)還是糾纏態(tài)都徹底顛覆了我們?cè)诤暧^世界中習(xí)慣了的認(rèn)知，也使我們對(duì)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(duì)一個(gè)量子態(tài)的制備、操控和觀察，每一步都是對(duì)人類(lèi)知識(shí)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(cè)量與測(cè)不準(zhǔn)原理 77
四、脆弱的量子特性 79
第五講私語(yǔ)萬(wàn)里遠(yuǎn)——走向?qū)嵱玫牧孔有畔⒓夹g(shù)．．．．．．．．．．．．． 83
量子通信的絕對(duì)安全性來(lái)源于糾纏態(tài)作為通信信道。但量子態(tài)無(wú)法在實(shí)驗(yàn)室以外長(zhǎng)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(mén) 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(cè)量．．．．．．．．．．．．． 95
更好的測(cè)量手段能讓我們看到前人從未看到的地方。現(xiàn)代科學(xué)的誕生一直是和精密測(cè)量的藝術(shù)緊密聯(lián)系在一起。但精密測(cè)量的極限在哪里？引入了量子元素的精密測(cè)量可能做到絕對(duì)精準(zhǔn)無(wú)誤嗎？
一、基本物理量計(jì)量基準(zhǔn)的量子化 96
二、精密測(cè)量的極限在哪里 99
三、測(cè)量技術(shù)的未來(lái)——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(lái)技術(shù)，不僅會(huì)改變長(zhǎng)期統(tǒng)治人類(lèi)計(jì)算方式的圖靈模式，而且會(huì)提升人類(lèi)對(duì)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(guó)家高科技實(shí)力的科技問(wèn)題，也是關(guān)系到一個(gè)國(guó)家信息安全的政治問(wèn)題。
一、量子計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)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(lái)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(lèi)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(wèn)題的難易刻畫(huà)被充分研究。這也部分揭示了人類(lèi)智能之謎及其局限。
一、人類(lèi)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(lèi)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(méi)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(zhēng)——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