量子紀元：量子產業的未來密碼

"陳俊延，北京大學物理學博士，德國凱撒斯勞滕工業大學聯合培養博士，美國斯坦福大學訪問學者。研究方向為超快光學，參與國家重大科研儀器研制項目“飛秒-納米時空分辨光學實驗系統”。作者長期深耕產業發展一線，具有豐富的項目經歷和實踐經驗。曾先後擔任福州市發展和改革委員會主任助理、閩侯縣委書記助理等職。在長期的實踐工作中，作者深度參與科技創新和產業創新的各個環節，在如何培育未來產業和發展新質生產力等關鍵議題上形成了深刻洞察。"

contents

目  錄  

第一章 量子材料：小到不能夠再小001

第一節 量子限域和量子點002

一、量子的基本概念002

二、像素點和量子顯示005

三、量子點和新型顯示材料011

四、量子點的機遇與挑戰014

第二節 從石墨烯到碳納米管017

一、量子力學的不確定性原理017

二、石墨烯和二維材料020

三、一維傳導的碳納米管023

四、細胞間隧道納米管027

第三節 拓撲量子先進材料031

一、從零維、一維、二維到三維031

二、新型Z2拓撲不變量033

三、拓撲物理學的由來037

第二章 量子破缺：全同粒子不相同042

第一節 原子光譜與候鳥遷徙043

一、全同而又不同的量子043

二、正常和反常的塞曼效應046

三、候鳥的“量子導航”生物羅盤049

第二節 自旋電子學產業革命052

一、自旋和計算機存儲052

二、巨磁阻效應和硬盤革命055

三、從電子學到自旋電子學058

四、核磁共振和磁共振成像060

第三節 微觀世界的微觀表征064

一、量子與量子精密測量064

二、國際基本單位的量子化067

三、量子助力“穿墻”和“透視”071

四、更高更快更強的粒子加速器074

第三章 量子隧穿：不可阻擋的量子078

第一節 量子力學的隧穿效應079

一、穿越一切的量子隧道079

二、波粒二象性和物質的概率波081

三、嗅覺背後的量子原理085

四、世界起源的偶然和必然088

第二節 量子探針開啟了納米大門091

一、掃描隧道顯微鏡091

二、通往原子世界之路093

三、納米齒輪、納米馬達和納米汽車097

四、新型納米生物制劑101

第三節 突破芯片制程的極限107

一、逐漸失效的摩爾定律107

二、量子時代的半導體產業113

第四章 量子糾纏：超越時空的紐帶119

第一節 鬼魅般的超距作用120

一、光速的極限能否被超越120

二、量子論和相對論的碰撞124

三、整整半個世紀的質疑和挑戰127

第二節 宇宙、時空和黑洞134

一、撕裂時空的黑洞134

二、黑洞輻射和真空零點能136

第三節 量子通信和量子新基建141

一、量子信息隱形傳態141

二、絕對安全的量子加密通信144

第五章 量子相幹：攜手一起共進退152

第一節 更大尺度的量子系統153

一、從“粒子”到“量子”153

二、波的幹涉和量子相幹態155

三、“受激輻射光放大”159

第二節 大工業的相幹激光時代162

一、激光加工、激光焊接和激光打印162

二、激光筆、激光投影和激光電視167

三、激光掃描、激光雷達和高能激光170

第三節 各種各樣的量子相幹系統178

一、超導體、超流體和超固體178

二、玻色-愛因斯坦凝聚態180

第六章 量子計算：守護薛定諤的貓185

第一節 從經典計算到量子計算186

一、經典計算背後的“分解”原理186

二、“分解”原理無法求解復雜問題189

三、量子世界的語言速成193

四、波函數和觀察者效應198

第二節 各類量子算法及其應用201

一、量子搜索算法201

二、量子模擬算法203

三、量子退火算法207

四、量子機器學習210

五、量子算法的應用場景213

第三節 後量子時代的攻與防216

一、現代互聯網的密碼基石216

二、量子算法對加密體系的沖擊219

三、後量子時代的抗量子加密223

第七章 量子芯片：大國重器的雄心226

第一節 量子計算的具體實現227

一、可逆的計算過程227

二、量子邏輯門229

三、量子態的持久保存235

四、量子計算機的發展階段238

第二節 不同構型的量子芯片244

一、超導量子比特244

二、離子阱量子比特247

三、中性原子量子比特250

四、半導體量子比特254

五、光量子比特257

第三節 通往量子霸權之路260

一、跨國科技公司的量子布局260

二、美國和歐洲的量子戰略263

三、其他國家的量子之路267

第八章 量子產業：量子革命的黎明271

第一節 我國量子產業現狀272

一、我國已經成為量子技術大國272

二、我國同時也是量子科學強國275

三、但我國仍是量子產業“小國”278

第二節 各地量子產業政策思路283

一、量子產業專項規劃陸續出臺283

二、量子科技納入未來產業藍圖287

三、量子新基建成為投資新熱點291

第三節 吹響量子紀元的時代號角294

一、新興產業的量子破局294

二、傳統產業的量子新生297

三、量子革命開啟的偉大紀元301