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操控量子系統(美國原子分子與光物理學發展評估報告)

  • 作者：美國國家科學院\工程院和醫學院|責編:肖姝|譯者:金貽榮//何軍//楊仁福
  • 出版社：國防工業
  • ISBN：9787118132762
  • 出版日期：2024/09/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：232
人民幣：RMB 148 元      售價：元
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內容大鋼
    本書針對當今量子科技發展前沿，評估了未來十年AMO（原子、分子和光學）領域將面臨的科學和技術發展機遇，提出未來十年美國將在量子領域的重點發展方向和布局。全書共分8章：第1章對操控量子系統進行了簡單介紹；第2章介紹了激光本身的性質；第3章對少體與多體系統中的新現象進行了解釋；第4章是量子信息科學與技術基礎；第5章解釋了時域和頻域中的量子動力學內容；第6章對精密測量前沿技術與宇宙本源問題進行了描述；第7章介紹了科學的廣泛影響力，AMO在經濟發展中的重要作用；第8章是AMO科學與美國經濟社會的生態融合問題，提出要充分發揮AMO科學的潛力等。書中每一章節皆給出了結論和未來發展建議。
作者介紹
美國國家科學院\工程院和醫學院|責編:肖姝|譯者:金貽榮//何軍//楊仁福
目錄
第1章  操控量子系統：未來10年的AMO科學
  1.1  引言與概述
  1.2  第2章：光造工具
  1.3  第3章：從少體到多體系統中的新現象
  1.4  第4章：量子信息科學與技術基礎
  1.5  第5章：時域和頻域中的量子動力學
  1.6  第6章：精密測量前沿與宇宙本源
  1.7  第7章：AMO科學更廣泛的影響
  1.8  第8章：AMO科學與美國經濟社會的生態融合
  1.9  AMO科學與國家政策的結論和建議
  1.10  發現與建議
  1.11  各章節的發現與建議
    1.11.1  第2章：光造工具
    1.11.2  第3章：從少體到多體系統中的新現象
    1.11.3  第4章：量子信息科學與技術基礎
    1.11.4  第5章：時域和頻域中的量子動力學
    1.11.5  第6章：精密測量前沿與宇宙本源
    1.11.6  第7章：AMO科學更廣泛的影響
    1.11.7  第8章：AMO科學與美國經濟社會的生態融合
第2章  光造工具
  2.1  產生極端特性的光
    2.1.1  強度
    2.1.2  時間
    2.1.3  頻率、帶寬和相干性
  2.2  控制光的特性
    2.2.1  光譜操控
    2.2.2  空間操控
    2.2.3  量子調控
    2.2.4  光場壓縮態
  2.3  新興平台
    2.3.1  固態色心的光學控制
    2.3.2  集成光學
    2.3.3  光力學
    2.3.4  阿秒光源
  2.4  光特性的使用
    2.4.1  超快X射線計量
    2.4.2  光鍾的產生
    2.4.3  光的傳播：感測與控制
  2.5  光造新工具的未來
  2.6  發現與建議
第3章  從少體到多體系統中的新現象
  3.1  引言
  3.2  從少體到多體：複雜性的形成
  3.3  離子相關的超冷物理過程
  3.4  原子簡並量子氣體研究進展
    3.4.1  么正量子氣體
    3.4.2  強偶極與偶極相互作用的超冷氣體
    3.4.3  超冷原子極化子物理學
  3.5  超冷分子多體系統
    3.5.1  完全量子調控的分子俘獲與冷卻

    3.5.2  基於超冷分子的多體系統
  3.6  強關聯量子多體系統的量子模擬模擬
    3.6.1  不同空間維度的Fermi-Hubbard模型量子模擬
    3.6.2  偶極相互作用的量子模擬
    3.6.3  人工設計規範勢
    3.6.4  冷原子拓撲物質
    3.6.5  非平衡量子多體動力學
    3.6.6  多體局域化測量
    3.6.7  開放系統量子模擬：光子晶體波導
    3.6.8  從類比量子模擬到量子信息科學
  3.7  發現與建議
第4章  量子信息科學與技術基礎
  4.1  引言
  4.2  理解、探測與利用量子糾纏
  4.3  操控量子多體系統
    4.3.1  離子阱量子計算
    4.3.2  從量子電腦到可編程量子模擬機
    4.3.3  腔和電路量子電動力學
  4.4  用於量子模擬的受控多體系統
    4.4.1  模擬多體系統的量子動力學
    4.4.2  從多體物理到格點規範理論和高能物理
    4.4.3  量子化學應用
  4.5  貝爾不等式、量子通信與量子網路
    4.5.1  從貝爾不等式到量子通信
    4.5.2  長距離量子通信和糾纏分發的應用
  4.6  用於感測和計量的量子信息科學
    4.6.1  實現自旋壓縮
    4.6.2  量子感測的新應用
  4.7  巨大的挑戰和機遇
    4.7.1  巨大挑戰：實現大規模量子機器和網路
    4.7.2  巨大挑戰：大規模量子機的應用
    4.7.3  巨大挑戰：可編程多體系統和量子模擬機帶來的新基礎科學
    4.7.4  量子信息與AMO物理：新的機遇
  4.8  發現與建議
第5章  時域和頻域中的量子動力學
  5.1  挑戰和機遇
  5.2  阿秒科學：電子的時間尺度
    5.2.1  阿秒時間尺度下的一些基本問題
    5.2.2  強激光-物質相互作用：通往阿秒科學之門
    5.2.3  固體和納米結構中的強場阿秒物理
    5.2.4  阿秒計量學：電子動力學計時方法
    5.2.5  理論挑戰
    5.2.6  阿秒科學的未來
  5.3  分子的時間尺度：從飛秒到皮秒
    5.3.1  分子動力學與飛秒分子電影的概念
    5.3.2  超快X射線無處不在
    5.3.3  通過超快衍射進行分子成像
    5.3.4  用光來控制反應路徑
    5.3.5  分子動力學的量子計算
    5.3.6  量子化學在譜學和動力學中的角色

    5.3.7  時間分辨分子動力學的未來
  5.4  動力學的頻域方法：散射和相關性
    5.4.1  頻率梳：寬頻高精度光譜學的新前沿
    5.4.2  通過散射物理研究動力學
    5.4.3  潘寧電離
    5.4.4  涉及物理的反應過程：拓撲物理
    5.4.5  散射動力學研究的廣泛影響
    5.4.6  動力學和關聯頻域研究的未來
  5.5  極端光帶來的新奇物理
    5.5.1  XFEL激光光源帶來的極端物理
    5.5.2  使用拍瓦激光源觸及AMO科學之外
    5.5.3  極端光源的應用前景
  5.6  發現與建議
第6章  精密測量前沿與宇宙本源
  6.1  引言
  6.2  現代基礎物理學的危機
  6.3  精密測量技術
    6.3.1  原子鐘
    6.3.2  基於關聯態的量子計量
    6.3.3  原子干涉慣性感測器
    6.3.4  引力波探測
    6.3.5  引力波探測中的量子工程學
    6.3.6  空間引力波天文台
    6.3.7  未來探測引力波的物質波干涉法
    6.3.8  磁場精密測量
  6.4  理論研究的意義與近期理論進展
  6.5  尋找超越標準模型的新物理學
    6.5.1  搜尋永久電偶極矩
    6.5.2  暗物質、基本常數、第五種力
    6.5.3  軸子和類軸子粒子的探測
    6.5.4  基於時鐘的基本常數測量與暗物質探測
    6.5.5  搜索第五種力
    6.5.6  將來利用引力波探測器尋找暗物質和新作用力
    6.5.7  宇稱破缺：弱相互作用的AMO測試
    6.5.8  測試量子電動力學：迄今為止所有物理理論中最精確的驗證
    6.5.9  精細結構常數的測定
    6.5.10  質子半徑之謎
    6.5.11  基於高電荷離子進行基本相互作用精密測量和基本常數測定
    6.5.12  電荷-宇稱-時間和洛倫茲對稱性的檢驗
  6.6  基本常數和計量基準
  6.7  總結、發展潛力和重大挑戰
    6.7.1  總結
    6.7.2  發展潛力
    6.7.3  重大挑戰
  6.8  發現與建議
第7章  AMO科學更廣泛的影響
  7.1  生命科學與AMO
    7.1.1  用X射線自由電子激光測量蛋白質結構
    7.1.2  單分子測量技術
    7.1.3  超分辨成像

    7.1.4  原生細胞和組織的實時成像
    7.1.5  醫學影像
    7.1.6  生命科學領域非傳統研究實體對AMO的影響
  7.2  天文學、天體物理學、引力、宇宙學和AMO
    7.2.1  系外行星
    7.2.2  分子宇宙
    7.2.3  重力與宇宙學
  7.3  統計物理、量子熱化、經典世界的形成、AMO
  7.4  凝聚態物質與AMO
    7.4.1  玻色-愛因斯坦凝聚極化子
    7.4.2  光誘導的物質相
  7.5  先進加速器的概念
  7.6  集成光學和AMO
    7.6.1  可編程納米光子處理器的動力學控制
    7.6.2  神經形態計算與通信
  7.7  AMO和經濟機遇
    7.7.1  基礎科學推動工業發展新技術
    7.7.2  現有商業技術促進新基礎科學
    7.7.3  AMO創造商業新技術
  7.8  聯合資助跨學科研究實驗室
  7.9  發現和建議
第8章  AMO科學與美國經濟社會的生態融合
  8.1  對AMO研究的投資：資金、合作和協調
    8.1.1  聯邦資金
    8.1.2  AMO科學的跨機構跨行業合作
    8.1.3  AMO研究成果的產業化
    8.1.4  AMO科學的國際化
  8.2  勞動力、教育和社會需求
    8.2.1  教育與勞動力發展情況
    8.2.2  AMO科學從業者：人口統計
    8.2.3  全球化視角看美國勞動力的發展與競爭力
  8.3  發現與建議：充分發揮AMO科學的潛力
  8.4  小結
附錄A  任務說明
附錄B  報告的組織結構
附錄C  往年美國科學院關於AMD科學的報告回顧
附錄D  編委會成員履歷
附錄E  數據徵集

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