contents

目  录  

第一章 量子材料：小到不能够再小001

第一节 量子限域和量子点002

一、量子的基本概念002

二、像素点和量子显示005

三、量子点和新型显示材料011

四、量子点的机遇与挑战014

第二节 从石墨烯到碳纳米管017

一、量子力学的不确定性原理017

二、石墨烯和二维材料020

三、一维传导的碳纳米管023

四、细胞间隧道纳米管027

第三节 拓扑量子先进材料031

一、从零维、一维、二维到三维031

二、新型Z2拓扑不变量033

三、拓扑物理学的由来037

第二章 量子破缺：全同粒子不相同042

第一节 原子光谱与候鸟迁徙043

一、全同而又不同的量子043

二、正常和反常的塞曼效应046

三、候鸟的“量子导航”生物罗盘049

第二节 自旋电子学产业革命052

一、自旋和计算机存储052

二、巨磁阻效应和硬盘革命055

三、从电子学到自旋电子学058

四、核磁共振和磁共振成像060

第三节 微观世界的微观表征064

一、量子与量子精密测量064

二、国际基本单位的量子化067

三、量子助力“穿墙”和“透视”071

四、更高更快更强的粒子加速器074

第三章 量子隧穿：不可阻挡的量子078

第一节 量子力学的隧穿效应079

一、穿越一切的量子隧道079

二、波粒二象性和物质的概率波081

三、嗅觉背后的量子原理085

四、世界起源的偶然和必然088

第二节 量子探针开启了纳米大门091

一、扫描隧道显微镜091

二、通往原子世界之路093

三、纳米齿轮、纳米马达和纳米汽车097

四、新型纳米生物制剂101

第三节 突破芯片制程的极限107

一、逐渐失效的摩尔定律107

二、量子时代的半导体产业113

第四章 量子纠缠：超越时空的纽带119

第一节 鬼魅般的超距作用120

一、光速的极限能否被超越120

二、量子论和相对论的碰撞124

三、整整半个世纪的质疑和挑战127

第二节 宇宙、时空和黑洞134

一、撕裂时空的黑洞134

二、黑洞辐射和真空零点能136

第三节 量子通信和量子新基建141

一、量子信息隐形传态141

二、绝对安全的量子加密通信144

第五章 量子相干：携手一起共进退152

第一节 更大尺度的量子系统153

一、从“粒子”到“量子”153

二、波的干涉和量子相干态155

三、“受激辐射光放大”159

第二节 大工业的相干激光时代162

一、激光加工、激光焊接和激光打印162

二、激光笔、激光投影和激光电视167

三、激光扫描、激光雷达和高能激光170

第三节 各种各样的量子相干系统178

一、超导体、超流体和超固体178

二、玻色-爱因斯坦凝聚态180

第六章 量子计算：守护薛定谔的猫185

第一节 从经典计算到量子计算186

一、经典计算背后的“分解”原理186

二、“分解”原理无法求解复杂问题189

三、量子世界的语言速成193

四、波函数和观察者效应198

第二节 各类量子算法及其应用201

一、量子搜索算法201

二、量子模拟算法203

三、量子退火算法207

四、量子机器学习210

五、量子算法的应用场景213

第三节 后量子时代的攻与防216

一、现代互联网的密码基石216

二、量子算法对加密体系的冲击219

三、后量子时代的抗量子加密223

第七章 量子芯片：大国重器的雄心226

第一节 量子计算的具体实现227

一、可逆的计算过程227

二、量子逻辑门229

三、量子态的持久保存235

四、量子计算机的发展阶段238

第二节 不同构型的量子芯片244

一、超导量子比特244

二、离子阱量子比特247

三、中性原子量子比特250

四、半导体量子比特254

五、光量子比特257

第三节 通往量子霸权之路260

一、跨国科技公司的量子布局260

二、美国和欧洲的量子战略263

三、其他国家的量子之路267

第八章 量子产业：量子革命的黎明271

第一节 我国量子产业现状272

一、我国已经成为量子技术大国272

二、我国同时也是量子科学强国275

三、但我国仍是量子产业“小国”278

第二节 各地量子产业政策思路283

一、量子产业专项规划陆续出台283

二、量子科技纳入未来产业蓝图287

三、量子新基建成为投资新热点291

第三节 吹响量子纪元的时代号角294

一、新兴产业的量子破局294

二、传统产业的量子新生297

三、量子革命开启的伟大纪元301