全書分為五部分: 第一部分介紹一些基本的數(shù)學(xué)工具, 如復(fù)數(shù)、矢量分析、概率論, 以及粒子和波的經(jīng)典描述; 第二部分介紹量子力學(xué)的基本概念, 如波粒二象性、互補(bǔ)性、海森堡不確定性關(guān)系、量子干涉和糾纏、不可克隆定理, 以及量子力學(xué)的基礎(chǔ)問題, 如延遲選擇量子擦除、薛定諤的貓、EPR悖論和貝爾定理; 第三部分介紹量子力學(xué)在量子通信安全、量子隱形態(tài)、反事實(shí)通信中的應(yīng)用; 第四部分介紹量子力學(xué)在量子計(jì)算中的應(yīng)用; 第五部分介紹薛定諤方程與牛頓動力學(xué)的關(guān)系及其在勢箱內(nèi)的粒子和氫原子應(yīng)用。
M. Suhail Zubairy,教授,巴基斯坦科學(xué)院院士、美國物理學(xué)會會士和美國光學(xué)學(xué)會會士,1978年畢業(yè)于美國羅切斯特大學(xué),后在Emil Wolf教授(光物理學(xué)先驅(qū),美國羅切斯特大學(xué)教授)的指導(dǎo)下獲得博士學(xué)位,2000年加入美國得克薩斯農(nóng)工大學(xué),目前任該校物理與天文學(xué)系特聘教授、Munnerlyn-Heep量子光學(xué)講席教授,獲Wills E. Lamb激光科學(xué)與量子光學(xué)獎、亞歷山大?馮?洪堡研究獎、伊斯蘭國家組織杰出物理學(xué)家獎、Abdus Salam物理學(xué)獎、伊朗國際花剌子模獎、巴基斯坦Hilal-e-Imtiaz和Sitara-e-Imtiaz勛章等。
高洵,武漢大學(xué)電子信息學(xué)院副教授,武漢大學(xué)電子信息學(xué)院通信與信息系統(tǒng)專業(yè)博士,普林斯頓大學(xué)電氣工程系博士后,長期從事電子信息類基礎(chǔ)課程的教學(xué)與研究工作,主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)通信,物聯(lián)網(wǎng),納米集成電路低功耗設(shè)計(jì)
第1章 關(guān)于本書 001
1.1 從經(jīng)典力學(xué)到量子力學(xué) 002
1.2 本書概要 005
參考書目 010
第一部分 入門知識
第2章 數(shù)學(xué)背景 012
2.1 復(fù)數(shù) 012
2.2 三角學(xué) 016
2.3 矢量和標(biāo)量 020
2.4 概率論要點(diǎn) 025
習(xí)題 031
參考書目 032
第3章 質(zhì)點(diǎn)動力學(xué) 033
3.1 經(jīng)典運(yùn)動學(xué) 033
3.2 線性動量 037
3.3 動能與勢能 039
3.4 非彈性碰撞和彈性碰撞 040
3.5 角運(yùn)動 041
3.6 角動量 046
3.7 電子在電場和磁場中的運(yùn)動 047
習(xí)題 051
參考書目 051
第4章 波動理論 052
4.1 波的運(yùn)動 052
4.2 楊氏雙縫實(shí)驗(yàn) 059
4.3 衍射 064
4.4 瑞利判據(jù) 070
習(xí)題 072
參考書目 073
第二部分 量子力學(xué)基礎(chǔ)
第5章 量子力學(xué)基礎(chǔ) 075
5.1 能量的量化 075
5.2 波粒二象性 076
5.3 確定性的終結(jié)――概率描述 077
5.4 海森堡不確定性關(guān)系和玻爾互補(bǔ)原理 078
5.5 相干疊加與量子糾纏 079
習(xí)題 081
參考書目 082
第6章 量子力學(xué)的誕生――普朗克、愛因斯坦和玻爾 083
6.1 光的簡史 083
6.2 熾熱物體發(fā)出的輻射 086
6.3 愛因斯坦和光電效應(yīng) 089
6.4 20世紀(jì)初的原子史 092
6.5 盧瑟福原子模型 093
6.6 氫譜 095
6.7 原子量子理論:玻爾模型 096
習(xí)題 101
參考書目 102
第7章 德布羅意波:電子是波還是粒子 103
7.1 德布羅意波 103
7.2 波粒二象性――波函數(shù)法 108
7.3 玻色-愛因斯坦凝聚 112
7.4 海森堡顯微鏡 114
7.5 康普頓散射 119
習(xí)題 124
參考書目 125
第8章 量子干涉:波粒二象性 126
8.1 楊氏電子雙縫實(shí)驗(yàn) 126
8.2 愛因斯坦-玻爾關(guān)于互補(bǔ)性的辯論 132
8.3 延遲選擇 135
8.4 量子擦除 136
習(xí)題 141
參考書目 141
第9章 最簡易的量子器件:偏振器與分束器 142
9.1 光的偏振 142
9.2 單個光子的馬呂斯定律――狄拉克左矢-右矢符號 148
9.3 經(jīng)典分束器的輸入-輸出關(guān)系 154
9.4 單個光子態(tài)與分束器 156
9.5 偏振分束器與普克爾盒 157
習(xí)題 159
參考書目 160
第10章 量子疊加與糾纏 161
10.1 相干疊加態(tài) 161
10.2 量子糾纏和貝爾基 165
10.3 薛定諤的貓悖論 170
10.4 量子隱形傳態(tài) 172
10.5 糾纏交換 176
習(xí)題 179
參考書目 179
第11章 不可克隆定理與量子復(fù)制 181
11.1 量子克隆與超光速通信 181
11.2 不可克隆定理 185
11.3 量子復(fù)制 186
習(xí)題 191
參考書目 191
第12章 愛因斯坦-波多爾斯基-羅森悖論與貝爾定理 192
12.1 隱變量 192
12.2 EPR悖論 193
12.3 玻爾的回復(fù) 196
12.4 貝爾不等式 198
12.5 量子力學(xué)的預(yù)測 201
12.6 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證貝爾不等式 203
12.7 貝爾-CHSH不等式 204
習(xí)題 209
參考書目 209
第三部分 量子通信
第13章 量子安全通信 211
13.1 二進(jìn)制數(shù) 212
13.2 公鑰分發(fā)算法RSA 213
13.3 貝內(nèi)特-布拉薩德84(BB-84)協(xié)議 216
13.4 貝內(nèi)特92(B-92)協(xié)議 221
13.5 量子貨幣 224
習(xí)題 225
參考書目 226
第14章 不可見光子的光通信 227
14.1 馬赫-曾德爾干涉儀 228
14.2 零作用測量 230
14.3 馬赫-曾德爾干涉儀陣列 231
14.4 反事實(shí)通信 234
習(xí)題 236
參考書目 237
第四部分 量子計(jì)算
第15章 量子計(jì)算Ⅰ 239
15.1 量子計(jì)算簡介 239
15.2 量子邏輯門 243
15.3 多伊奇問題 248
15.4 重新審視量子隱形傳態(tài) 251
15.5 量子密集編碼 252
習(xí)題 254
參考書目 255
第16章 量子計(jì)算Ⅱ 256
16.1 怎樣因數(shù)分解N 256
16.2 離散量子傅里葉變換 259
16.3 秀爾算法 263
16.4 量子押寶游戲 266
16.5 檢索無序數(shù)據(jù)庫 270
習(xí)題 273
參考書目 274
第五部分 薛定諤方程
第17章 薛定諤方程 276
17.1 一維薛定諤方程 276
17.2 經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)中的運(yùn)動學(xué) 281
17.3 勢箱中的粒子 287
17.4 勢壘貫穿 290
17.5 三維薛定諤方程與氫原子 295
習(xí)題 299
參考書目 300