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主编推荐语

量子物理学博士,科普达人“九维空间”的全新力作。

内容简介

本书介绍了量子力学的发展历史,回顾了人类的第一次信息革命,展望了以量子通信和量子计算为代表的第二次信息革命。并先后介绍了量子通信各分支的原理、量子通信实用化进程、“墨子号”量子科学实验卫星,以及澄清了一些对量子通信的误解。

目录

  • 版权信息
  • 内容提要
  • 前言
  • 第1章 什么是量子
  • 1.1 量子约等于现代物理学
  • 1.1.1 世界是由量子组成的
  • 1.1.2 超出人类想象的量子力学
  • 1.2 早期量子理论
  • 1.2.1 两朵乌云
  • 1.2.2 普朗克和量子
  • 1.2.3 爱因斯坦和光电效应
  • 1.2.4 玻尔的原子模型
  • 1.2.5 德布罗意的物质波和泡利的不相容原理
  • 1.3 量子力学的诞生
  • 1.3.1 海森堡的矩阵形式
  • 1.3.2 薛定谔的波动形式
  • 1.3.3 狄拉克的相对论形式
  • 1.3.4 含金量最高的一次诺贝尔物理学奖
  • 1.4 后量子力学时代——现代物理学的两条路径
  • 1.4.1 二次量子化和量子场论
  • 1.4.2 “自上而下”的粒子物理
  • 1.4.3 “自下而上”的凝聚态物理和量子光学等
  • 第2章 信息技术背后的量子力学
  • 2.1 量子力学支配的半导体
  • 2.1.1 固体能带理论
  • 2.1.2 数字逻辑门的救星:半导体晶体管
  • 2.2 从量子光学到激光的出现
  • 2.2.1 激光和相干态理论
  • 2.2.2 支撑起互联网的激光通信
  • 2.3 磁盘背后的量子力学原理
  • 2.3.1 电子自旋决定磁性
  • 2.3.2 巨磁阻材料和硬盘
  • 2.4 显示器和摄像头中的量子光学原理
  • 2.4.1 自发辐射荧光和LED
  • 2.4.2 光电效应和CCD
  • 2.5 原子钟:量子力学决定的频率标准
  • 第3章 第一次信息革命
  • 3.1 贝尔实验室
  • 3.2 硅谷传奇
  • 3.3 从集成电路到计算机
  • 3.4 全球互联网
  • 3.5 主导世界的信息产业
  • 第4章 量子信息——第二次信息革命
  • 4.1 经典比特vs量子比特
  • 4.2 跨越时空的诡异互动——量子纠缠
  • 4.2.1 EPR佯谬
  • 4.2.2 隐变量理论和贝尔不等式
  • 4.2.3 无漏洞贝尔不等式检验
  • 4.3 通信和计算的相辅相成
  • 4.4 量子计算简介
  • 4.4.1 量子计算发展史
  • 4.4.2 量子计算实现方案对比
  • 4.4.3 通用型和专用型量子计算机
  • 4.4.4 什么是量子称霸
  • 4.5 即将到来的量子信息时代
  • 第5章 量子通信——量子信息革命的前奏
  • 5.1 量子通信元年:两位“B”的相遇
  • 5.2 量子密钥分发:BB84协议
  • 5.3 量子密钥分发:其他协议
  • 5.3.1 B92协议
  • 5.3.2 E91协议
  • 5.3.3 连续变量协议
  • 5.4 量子隐形传态:量子比特的空间跳跃
  • 第6章 实用化量子通信技术
  • 6.1 诱骗态量子密钥分发协议
  • 6.2 中国量子保密通信“京沪干线”
  • 6.3 世界各国的量子保密通信网络建设
  • 6.3.1 美国量子通信网络建设
  • 6.3.2 英、意、俄、韩等国的量子通信网络建设
  • 6.3.3 欧盟量子通信网络建设计划
  • 6.4 测量设备无关量子密钥分发
  • 6.5 量子保密通信标准化进程
  • 第7章 “墨子号”量子科学实验卫星
  • 7.1 光纤量子中继vs卫星量子通信
  • 7.2 领先世界的“墨子号”卫星
  • 7.2.1 量子纠缠源
  • 7.2.2 量子纠缠发射机
  • 7.2.3 量子密钥通信机
  • 7.2.4 量子实验控制与处理机
  • 7.2.5 卫星平台
  • 7.3 配合“墨子号”卫星做实验的地面站
  • 7.3.1 兴隆地面站
  • 7.3.2 南山地面站
  • 7.3.3 德令哈地面站
  • 7.3.4 丽江地面站
  • 7.3.5 阿里地面站
  • 7.4 “墨子号”卫星实现的多个人类首次
  • 7.4.1 星地双向量子纠缠分发实验
  • 7.4.2 星地高速量子密钥分发
  • 7.4.3 地星量子隐形传态
  • 7.4.4 基于纠缠的星地量子密钥分发
  • 7.4.5 引力诱导量子纠缠退相干实验检验
  • 7.5 未来天地一体化量子网络
  • 第8章 争议中前行的量子通信
  • 8.1 让中国量子通信领先世界的潘建伟
  • 8.2 量子通信与经典通信的关系
  • 8.2.1 量子通信离不开经典通信
  • 8.2.2 量子通信是经典通信的继承和发展
  • 8.3 关于量子通信的那些错误说法
  • 8.3.1 量子密钥分发不是量子通信?
  • 8.3.2 美国从来不搞量子通信?
  • 8.3.3 量子通信不能满足互联网要求?
  • 8.3.4 量子通信很容易被破坏?
  • 参考文献
  • 后记
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评分及书评

4.7
9个评分
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    给这本书评了
    5.0

    这本书写的内容很丰富,几乎涉及到目前量子通信领域的发展进程。特别是讲清楚了经典通信与量子通信之间的区别和联系,能够很好的解答不了解量子通信的一些人的疑惑。同时,我们应该很自豪,自豪中国能够有潘院士这样的大佬及其领导的团队,让中国的量子通信领域能够走在世界前列。

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      给这本书评了
      5.0
      未来已来,只是尚未流行

      非常棒的一本书,解决了我对量子通信的很多困惑,言简意赅,逻辑清晰,重点明确,废话极少,看中国人自己的专业科普书就是开心。作者张文卓本身就是量子物理学的博士,后来一直深耕在量子信息领域,更重要的是,他还是 “墨子号” 量子科学实验卫星团队的成员。这样一位专业的内行人和科研一线专家写出来的科普书,既严谨又靠谱,既有趣更有意义,非常棒。“墨子号” 量子科学实验卫星是中国科学院空间科学战略性先导专项的首批科学卫星之一,其科学目标由中国科学技术大学潘建伟院士提出,通过在卫星与量子通信地面站之间建立量子信道,完成一系列具有国际领先水平的空间量子通信实验任务。墨子号的科学目标首先是进行星地高速量子密钥分发实验,并在此基础上进行广域量子密钥网络实验,以期在空间量子通信实用化方面取得重大突破。同时在空间尺度进行量子纠缠分发和量子隐形传态实验,开展空间尺度量子力学完备性检验的实验研究。“墨子号” 卫星于 2011 年年底正式立项,2016 年 8 月 16 日成功发射。这个项目的负责人潘建伟院士更是全世界量子信息领域最具代表性的人物,他在量子通信领域做到了世界领先水平,并且带领中国在该领域进入了世界领先水平。毫不夸张地说,潘建伟可以被称为 “中国量子通信之父”。作者认为量子信息领域即将引领第四次科技革命、第二次信息革命,就是因为该领域包含的量子通信和量子计算具有极强的潜力和极大的作用。以量子计算为例,量子计算机的运算能力将轻松超越现有的经典超级计算机,量子系统的与量子比特的计算能力是呈指数级增长的,现在的经典计算机根本无法比较。在人工智能崛起的今天,算力已经成了一个至关重要和紧缺的资源,像 OpenAIO1 运行一次所需要的算力是海量的,那未来更强大的人工智能模型所需要的算力更是难以估量,以经典计算机的能力,极难提供所需要的算力。但是这对量子计算机来说却是小儿科,理论上量子计算机所能提供的算力是天文数字,甚至可以说是无穷无尽。而量子通信领域,可能是被人误解最多的领域之一了。很多人认为量子通信就是 “用量子来通信”,但事实上它是指用量子力学原理对量子态进行操控,在两地之间进行信息交互,可以完成经典通信不能完成的任务。有很多不负责任的言论说量子隐形传态可以超光速,这是完全错误的。量子通信不能超光速、不能脱离经典通信而实现。量子通信是对经典通信的继承和发展,量子通信的优势在于其强悍至极的保密性,以及恐怖的传输效率和传输信息量。未来当量子计算机大规模出现的时候,在当今以经典数字通信为基础的互联网上,会再建立起一层量子互联网,用于量子计算机之间传输量子比特,届时人类会进入第二次信息革命时代(量子通信和量子计算机),但依然要以第一次信息革命的成果(经典通信和经典计算机)为基础和前提,就如同第二次工业革命(电能)以第一次工业革命(煤炭的化学能)为基础和前提一样。当可控核聚变能够低成本商业化运用时,人类就基本摆脱了能源的束缚。当量子计算机与量子通信能够低成本商业化运用时,人类就基本摆脱了算力和通信力的束缚。当人工智能能够低成本商业化运用时,人类就摆脱了思维力和信息量的束缚。那样的未来是阳光明媚、充满生机与活力,人人如龙的时代?还是灰暗如土、充满强权与不公,人人如刍狗的时代呢?没人知道,但是未来终将会来。

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        给这本书评了
        5.0
        量子通信

        虽然看得一知半解,但必须要尽量去理解,理解操控量子态对我们生活的影响和意义。

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        出版方

        人民邮电出版社

        人民邮电出版社是工业和信息化部主管的大型专业出版社,成立于1953年10月1日。人民邮电出版社坚持“立足信息产业、面向现代社会、传播科学知识、服务科教兴国”,致力于通信、计算机、电子技术、教材、少儿、经管、摄影、集邮、旅游、心理学等领域的专业图书出版。