量子光场的性质与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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孟祥国，王继锁 著

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• 光物理
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• 非线性光学
• 腔量子电动力学
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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030557803

版次：31

商品编码：12295224

包装：平装

丛书名： 现代物理基础丛书84

开本：16开

出版时间：2018-01-01

页数：216

字数：273000

正文语种：中文

内容简介

《量子光场的性质与应用》是作者对近十年取得的系列学研成果进行总结和提炼而写成的。《量子光场的性质与应用》的内容大致分为两部分：一是介绍有序算符内积分法的基本理论，以及由此建立的连续变量纠缠态表象理论、维格纳算符理论和层析图函数理论等；二是介绍利用有序算符内积分法取得的系列学研成果，包括新光场量子态的构造、性质与应用，非高斯量子态的维格纳函数和层析图函数，两体哈密顿量系统的动力学问题，量子主方程的热纠缠态法求解以及量子态在噪声通道中的解析退相干演化等。

目录

目录
第1章 用有序算符内积分法探查常见量子光场 1
1.1 有序算符内积分法 1
1.1.1 正规乘积算符内积分法 1
1.1.2 反正规乘积算符内积分法 5
1.1.3 外尔编序算符内积分法 7
1.2 常见量子光场再讨论 12
1.2.1 粒子数光场 12
1.2.2 相干光场 13
1.2.3 压缩光场 16
1.2.4 热混沌光场 17
1.3 光场的非经典特性 18
1.3.1 压缩特点 18
1.3.2 反聚束效应 19
1.3.3 亚泊松分布 20
1.4 维格纳算符理论 20
参考文献 23
第2章 连续变量纠缠态及其应用 28
2.1 连续变量纠缠态及其性质 28
2.2 纠缠态表象中的维格纳函数理论 32
2.2.1 维格纳算符的纠缠态表示 32
2.2.2 有限维对相干态的维格纳函数 34
2.2.3 双变量埃尔米特多项式态的维格纳函数 39
2.3 原子相干态作为均匀磁场中二维各向异性谐振子势的本征态 43
2.3.1 均匀磁场中二维不含时各向异性谐振子势的本征态 44
2.3.2 均匀磁场中二维含时各向异性谐振子势的本征态 50
参考文献 51
第3章 非高斯态的层析图函数理论 54
3.1 层析图函数的中介表象理论 55
3.2 多光子增加相干态的层析图函数 57
3.3 多光子增加热态的层析图函数 59
3.3.1 多光子增加热态密度算符的反正规乘积 59
3.3.2 由 P 表示导出多光子增加热态的层析图函数 60
3.4 多光子增加平移热态的层析图函数 62
3.5 层析图函数的纠缠态表象理论 66
3.6 有限维对相干态的层析图函数 68
参考文献 69
第4章 双模福克空间中新的双粒子纠缠态及其应用 71
4.1 相干纠缠态 71
4.1.1 理论构造 71
4.1.2 态|a，x〉的特性 73
4.1.3 态|a，x〉的制备方案 75
4.1.4 态|a，x〉的具体应用 76
4.2 描述参量下转换过程的纠缠态 79
4.2.1 态|τ〉的具体形式及其特性 79
4.2.2 由态|τ〉导出新的压缩算符 81
4.2.3 维格纳算符的纠缠态|τ〉表示及其物理意义 84
4.3 参量化纠缠态 85
4.3.1 态|τ〉s，s'的具体表达式 85
4.3.2 由态|τ〉s，s'构造纠缠菲涅耳变换 87
4.3.3 由态|τ〉s，s'寻找经典圆谐相关器的量子对应 89
4.3.4 |<φ|τ〉s，s'|2作为双模关联态|φ〉的层析图函数 91
参考文献 93
第5章 热场纠缠态及其在求解量子主方程中的应用 95
5.1 热场纠缠态 95
5.2 激光通道量子主方程的求解 97
5.2.1 描述激光通道量子主方程的解析解 97
5.2.2 克劳斯算符Mi，j的归一化 99
5.2.3 激光通道中维格纳函数的演化 100
5.3 压缩粒子数态在激光过程中的退相干 102
5.3.1 密度算符的正规乘积表示 102
5.3.2 密度算符的解析演化 103
5.3.3 维格纳函数的解析演化 106
5.4 激光过程中压缩热态的退相干 109
5.4.1 密度算符的反正规乘积表示 109
5.4.2 压缩热态的解析演化 111
5.5 求解扩散非谐振子的量子主方程 114
5.5.1 描述扩散非谐振子的量子主方程 114
5.5.2 扩散非谐振子主方程的解析解 115
5.5.3 扩散非谐振子维格纳函数的演化 119
参考文献 123
第6章 平移热态及其叠加态在振幅衰减通道中的量子统计特性 126
6.1 描述振幅衰减通道量子主方程的解 126
6.2 振幅衰减通道中平移热态的量子统计特性 128
6.2.1 密度算符的演化 128
6.2.2 光子数的演化 130
6.2.3 维格纳函数的演化 131
6.2.4 熵的演化 132
6.3 平移热叠加态的性质及其在振幅衰减通道中的演化 133
6.3.1 平移热叠加态 133
6.3.2 可观察的非经典效应 135
6.3.3 维格纳函数分布特征 136
6.3.4 振幅衰减通道中平移热叠加态的演化 139
参考文献 142
第7章 多光子调制高斯态的非经典性及其退相干 144
7.1 多光子扣除压缩真空态 144
7.2 多光子扣除压缩真空态的非经典性 145
7.2.1 压缩特性 146
7.2.2 光子数分布的振荡行为 146
7.2.3 维格纳函数的部分负性 148
7.3 热通道中多光子扣除压缩真空态的退相干 151
7.3.1 热通道的量子主方程及其解析解 151
7.3.2 密度算符的演化 151
7.3.3 维格纳函数的演化 153
7.4 相位阻尼通道中多光子扣除压缩真空态的退相干 155
7.5 多光子增加双模压缩热态 158
7.5.1 双模压缩热态密度算符的正规乘积表示 158
7.5.2 多光子增加双模压缩热态的归一化 160
7.6 多光子增加双模压缩热态的非经典性 161
7.6.1 亚泊松统计特性 161
7.6.2 反聚束效应 162
7.6.3 光子数分布 163
7.6.4 Q-函数 165
7.6.5 维格纳函数 166
7.7 热环境中多光子增加双模压缩热态的退相干 171
7.8 多光子增加双模压缩热态和双模压缩热态之间的保真度 176
参考文献 178
第8章 新的奇偶非线性相干态及其性质 182
8.1 新的奇偶非线性相干态 182
8.2 可测量的非经典特性 185
8.2.1 压缩 185
8.2.2 振幅平方压缩 187
8.2.3 反聚束 189
8.3 相位特性 190
8.3.1 相位概率分布 190
8.3.2 粒子数{相位压缩 193
8.4 准概率分布函数 195
8.4.1 Q-函数 195
8.4.2 维格纳函数 196
参考文献 198

《拓扑材料中的电子态调控：从理论模型到新奇器件》 内容简介 本书深入探讨了拓扑材料领域的前沿研究，聚焦于如何通过精妙的物理设计和实验手段，精确调控拓扑电子态的性质及其在新型电子器件中的应用。全书内容涵盖了从基础理论的建立到复杂系统模拟的多个层面，旨在为凝聚态物理、材料科学以及电子工程领域的研究人员和高年级学生提供一份详尽且具有实践指导意义的参考资料。 第一部分：拓扑电子态的理论基石 本部分首先回顾了拓扑绝缘体和拓扑半金属的基本概念，重点阐述了拓扑不变量（如陈数、狄拉克指数）的数学形式及其物理意义。我们详细分析了紧束缚模型（Tight-Binding Model）在描述二维和三维拓扑系统中的局限性与优势，并引入了拓扑相变的有效哈密顿量（Effective Hamiltonians），例如Kane-Mele模型、Fu-Kane模型以及体现时间反演对称性破缺的磁性拓扑绝缘体模型。 随后，我们深入探讨了拓扑材料中表面态和边界态的微观起源。针对狄拉克锥和外尔点（Weyl Points）的形成机制，我们运用能带理论和Berry曲率的概念，系统性地分析了这些奇特电子态的拓扑保护机制。特别地，书中对拓扑费米弧（Fermi Arcs）的形成条件进行了详尽的数学推导和物理解释，强调了晶体对称性在限制和规范拓扑能带结构中的核心作用。 第二部分：激发态与输运性质的精确操控 本部分将理论模型与实际可观测的物理现象紧密结合。我们详细讨论了拓扑材料中自旋-动量锁定（Spin-Momentum Locking）的内在机理，并通过自旋霍尔效应（Spin Hall Effect）和反常霍尔效应（Anomalous Hall Effect）的微观图像，阐述了拓扑性质如何影响宏观电输运测量。 针对电荷和自旋输运的调控，本书引入了非平衡态理论。我们构建了考虑界面效应和缺陷散射的量子输运模型，重点分析了界面散射对拓扑表面态导电性的影响。一个核心章节专门讨论了拓扑量子限域结构（如纳米线和薄膜）中的局域化问题，并提出了基于非厄米物理（Non-Hermitian Physics）来设计具有单向传播特性的拓扑波导的可能性，这为构建鲁棒的单向器件提供了新的思路。 第三部分：拓扑与新奇物理现象的交叉融合 本部分聚焦于拓扑电子态与其他物理现象的耦合作用，展示了拓扑材料在量子计算和传感领域的前景。 1. 拓扑超导与马约拉纳零能模（Majorana Zero Modes, MZM）：我们详细梳理了如何通过拓扑绝缘体与传统超导体界面诱导出MZM。书中不仅分析了构建MZM的各种实验平台（如半导体纳米线/超导异质结），还探讨了利用非平庸拓扑超流体来探测MZM的贝里相位效应。这一章节对如何利用MZM的非阿贝尔统计性质来实现拓扑量子比特进行了深入的理论探讨。 2. 拓扑物态的外部场调控：本书系统研究了电场、磁场和应力场对拓扑相位的驱动能力。在电场调控方面，我们分析了电场诱导的拓扑相变（Field-Induced Topological Phase Transition），特别是针对具有电偶极矩的拓扑材料。在机械应力方面，我们利用手性理论（Chirality Theory）解释了晶格形变如何影响外尔点之间的距离和耦合强度，从而实现拓扑性质的动态可编程性。 3. 拓扑量子计量与传感：我们探讨了拓扑材料中存在的强关联效应如何被利用于高精度测量。例如，基于拓扑边缘态对环境涨落的内在鲁棒性，设计了新型的磁场和温度传感器。书中还阐述了拓扑霍尔效应在探测磁性斯格明子（Skyrmions）时的独特优势及其在未来高密度存储器件中的应用潜力。 第四部分：实验表征技术与器件实现 最后一部分侧重于实验层面。我们详细介绍了表征拓扑材料的关键技术，包括角分辨光电子能谱（ARPES）在直接观测表面态能带结构中的应用，以及扫描隧道显微镜（STM）在局域态密度成像和马约拉纳模识别中的作用。 在器件方面，本书探讨了拓扑材料在低功耗晶体管和自旋电子器件中的集成方案。我们分析了拓扑材料与二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）异质结的界面物理，并提出了优化界面质量以降低接触电阻和提高器件性能的工程策略。 全书结构严谨，理论推导详实，图表丰富，旨在为读者提供一个从基本原理到前沿应用的全面认知框架，是致力于探索物质新奇量子态的科研工作者的重要参考书。

评分☆☆☆☆☆

当我浏览到本书的目录时，我被其中一些术语深深吸引，即便我可能不完全理解它们背后的深奥含义，但它们足以勾起我的探索欲。《量子光场的性质与应用》这本书，仿佛为我打开了一扇通往未知世界的门。我推测，书中会涉及对“相干态”和“压缩态”等特殊量子光场态的深入探讨。这些名词听起来就充满了“量子范儿”，我好奇，究竟是怎样的物理条件才能产生这些非同寻常的光场状态？它们的“性质”又与我们熟悉的普通光场有何显著差异？我猜测，书中可能会通过详细的数学描述，例如使用措辞严谨的量子算符和玻色子场的表述，来定义和分析这些态。而这些态的“应用”部分，更是让我浮想联翩。是否与提高激光的相干性有关？或者是否能够实现更高精度的干涉测量？我设想，书中可能会用案例分析的方式，展示如何利用这些特殊的量子光场来克服经典物理的局限，实现前所未有的技术突破，比如在量子光学干涉仪的设计中，或者在量子传感器的灵敏度提升上，这些特殊的量子态或许扮演着至关重要的角色。

评分☆☆☆☆☆

其次，我对书中“应用”的部分更是翘首以盼。我深知，物理学的魅力不仅在于其理论的精妙，更在于它能够指导我们改造世界，解决实际问题。那么，量子光场的独特性质，究竟能在哪些领域大放异彩呢？我脑海中立刻浮现出几个可能的方向。首先，在信息技术领域，量子通信和量子计算无疑是炙手可热的研究前沿，书中是否会详细介绍如何利用量子光场的纠缠特性来实现安全的量子密钥分发，或者如何构建基于量子光场的量子比特，从而实现超乎想象的计算能力？其次，在精密测量方面，量子光场的高灵敏度是否能被用于开发新一代的传感器，例如用于探测微弱的引力波，或者用于高分辨率的成像技术？我甚至联想到，在能源领域，是否也可能存在基于量子光场的光合作用模拟，或者更高效的太阳能转化技术？我迫切希望书中能够为我一一揭开这些令人兴奋的应用场景的面纱，让我看到量子光场在未来科技发展中的巨大潜力。

评分☆☆☆☆☆

我一直在思考，一本关于“量子光场”的书，其内容深度和广度必然不凡。在我尚未接触到具体内容之前，我只能凭借自己的想象来描绘它可能的样子。《量子光场的性质与应用》这本书，我想，它绝不仅仅是一本简单的科普读物。我预感，书中在“性质”的探讨上，很可能会涉及量子光学中的一些前沿理论，比如“单光子源”和“量子纠缠源”的实现原理。我猜想，作者会详细介绍如何产生和操控单个光子，以及如何利用光子的量子关联性来构建复杂的量子系统。这是否意味着书中会包含一些关于光量子器件的理论设计和实验验证？我对此充满了好奇。而“应用”的部分，我则联想到，这些基础的研究成果，最终会如何转化为实际的技术。例如，在高精度量子成像技术中，单光子探测和量子纠缠光场的应用，是否能够突破衍射极限，实现前所未有的分辨率？又或者，在量子计算领域，这些单光子源和纠缠源是否是构建量子计算机的基石，它们在逻辑门操作和信息读取方面，又扮演着怎样的角色？我期待书中能够描绘出一幅从基础理论到前沿应用的完整图景，让我感受到量子光场研究的蓬勃发展。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对物理学领域充满好奇的爱好者，我最近偶然翻阅了一本《量子光场的性质与应用》的图书，虽然我还没有深入研读其精髓，但单从封面设计和初步的章节概览来看，就足以让我产生无穷的遐想，并对书中可能包含的内容充满了期待。 首先，这本书的标题就如同一个神秘的邀请函，将我引入了量子世界的光之领域。我猜想，书中一定会详细阐述“量子光场”这个概念，它与我们日常所见的经典光场有着怎样的本质区别？是像微观粒子一样具有波粒二象性，还是在更深层次上揭示了光的本源？我尤其对“性质”部分充满兴趣，作者是否会从量子力学的基本原理出发，层层剥离，揭示量子光场的波函数、态叠加、纠缠等核心特性？我设想，书中可能会用生动的类比和严谨的数学推导相结合的方式，来帮助我这个非专业读者理解这些抽象的概念。例如，关于光子的产生和湮灭，是否会有详细的图示和实例？而“纠缠”这一奇妙的量子现象，又会如何体现在光场之中，又会如何被描述？我期待书中能解答我对这些基础概念的疑惑，让我对量子光场有一个清晰而深刻的认识。

评分☆☆☆☆☆

对于一本名为《量子光场的性质与应用》的书籍，我最期待的便是其中对“非线性光学”和“量子信息处理”的深入阐述。我模糊地记得，非线性光学是研究强光场与物质相互作用时发生的各种光学现象，而量子光场，本身就蕴含着丰富的量子特性。我猜测，书中会详细分析在强量子光场作用下，物质的非线性响应会呈现出怎样的量子化特征。这是否意味着，一些经典非线性光学现象，在量子层面会表现出截然不同的行为？例如，高次谐波的产生，在量子光场的作用下，是否会遵循特殊的量子统计规律？而“量子信息处理”部分，我则将其与前面提到的“应用”联系起来。我设想，书中会介绍如何利用量子光场的各种性质，来构建更高效、更强大的量子信息处理平台。这可能包括对“量子门”的实现原理的探讨，以及如何利用纠缠光场来完成复杂的量子逻辑运算。我也期待书中能够提及一些关于“量子网络”的构想，即如何通过量子光场来连接分布式的量子处理器，从而实现更大规模的量子计算和量子通信。这本书，在我看来，不仅是理论的探索，更是未来科技发展的指引。