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在量子技術(shù)被廣泛關(guān)注的當(dāng)下,本書(shū)旨在為廣大讀者提供一本通俗易懂、全面介紹量子技術(shù)原理、開(kāi)發(fā)及應(yīng)用的科普讀物。
本書(shū)首先介紹了什么是量子、量子行為、量子技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域。之后介紹了量子信息處理和量子加密通信,闡述了量子計(jì)算機(jī)、量子通信的基本原理以及當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀,量子計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法和應(yīng)用領(lǐng)域。在此基礎(chǔ)上又介紹了激光、X射線、軟X射線、硬X射線等的概念、產(chǎn)生原理以及實(shí)際應(yīng)用等。在量子成像與量子傳感方面,介紹了其基本原理以及如何實(shí)現(xiàn)更小微觀世界的觀察、電子顯微鏡、熒光成像與熒光分析、量子點(diǎn)成像、量子傳感器、量子觀測(cè)等。在基于自旋電子學(xué)的光應(yīng)用技術(shù)方面,介紹了石墨烯等量子點(diǎn)的制造方法及其在量子點(diǎn)薄膜及量子點(diǎn)顯示器等產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用,以及量子點(diǎn)技術(shù)在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用,以提高太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。另外,還介紹了量子自旋電子學(xué)的基本原理及其在新一代存儲(chǔ)器中的應(yīng)用。最后,本書(shū)介紹了量子技術(shù)的創(chuàng)新與未來(lái)展望,以及日本量子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。
本書(shū)是一本難得的關(guān)于量子技術(shù)的科技著作,為廣大從事自然科學(xué)研究的科技工作者以及科技愛(ài)好者提供了通俗易懂、內(nèi)容全面、理論深入的參考。通過(guò)本書(shū)的學(xué)習(xí),讀者可以快速了解量子技術(shù)的全貌,從理論上理解量子技術(shù)的產(chǎn)生機(jī)理,了解量子技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀,從而為技術(shù)創(chuàng)新提供具有啟發(fā)性的方向和路徑。

在探索現(xiàn)代物理學(xué)的奧秘中，量子技術(shù)以其獨(dú)特的魅力和巨大的潛力吸引了無(wú)數(shù)科學(xué)家的目光。本書(shū)旨在以最簡(jiǎn)潔的方式，通過(guò)圖文并茂的形式，向您介紹量子技術(shù)的基本原理。無(wú)需深?yuàn)W的數(shù)學(xué)公式，也不需要復(fù)雜的物理背景，我們將一步步揭開(kāi)量子世界的神秘面紗。

在當(dāng)今科技飛速發(fā)展的時(shí)代，量子技術(shù)作為前沿科技的代表之一，正逐漸滲透到我們生活的方方面面。然而，對(duì)于大多數(shù)讀者而言，量子技術(shù)的復(fù)雜性和抽象性往往讓人望而卻步。因此，一本通俗易懂、全面介紹量子技術(shù)原理、開(kāi)發(fā)及應(yīng)用的科普讀物顯得尤為重要。
本書(shū)正是這樣一本優(yōu)秀的作品。它首先從基礎(chǔ)概念入手，介紹了什么是量子、量子行為以及量子技術(shù)的基本應(yīng)用領(lǐng)域。通過(guò)生動(dòng)的語(yǔ)言和形象的比喻，讓讀者能夠輕松理解這些看似高深莫測(cè)的概念。
在深入探討量子信息處理和量子加密通信方面，本書(shū)詳細(xì)闡述了量子計(jì)算機(jī)和量子通信的基本原理，并結(jié)合當(dāng)前發(fā)展現(xiàn)狀，為讀者描繪了一幅清晰的量子技術(shù)發(fā)展藍(lán)圖。同時(shí)，本書(shū)還探討了量子計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法及其在各領(lǐng)域的應(yīng)用前景，讓讀者對(duì)量子技術(shù)的潛力有了更深刻的認(rèn)識(shí)。
此外，本書(shū)還涵蓋了激光、X射線等光學(xué)與量子點(diǎn)技術(shù)的基本知識(shí)，以及量子成像與量子傳感的原理和應(yīng)用。通過(guò)對(duì)這些內(nèi)容的詳細(xì)介紹，讀者可以了解到量子技術(shù)在醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、能源等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
特別值得一提的是，本書(shū)還介紹了基于自旋電子學(xué)的光應(yīng)用技術(shù)，包括石墨烯等量子點(diǎn)的制造方法及其在量子點(diǎn)薄膜、量子點(diǎn)顯示器等產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。這些內(nèi)容不僅展示了量子技術(shù)的最新研究成果，也為未來(lái)的科技發(fā)展提供了無(wú)限可能。
最后，本書(shū)對(duì)量子技術(shù)的創(chuàng)新與未來(lái)展望進(jìn)行了深入探討，并結(jié)合日本量子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，為讀者呈現(xiàn)了一個(gè)更加全面的量子技術(shù)世界。
總之，本書(shū)是一本不可多得的量子技術(shù)科普讀物。它以通俗易懂的語(yǔ)言、生動(dòng)有趣的案例和深入淺出的分析，帶領(lǐng)讀者走進(jìn)了神秘而又充滿魅力的量子世界。無(wú)論你是對(duì)量子技術(shù)感興趣的普通讀者，還是從事相關(guān)研究的專業(yè)人士，都能從中獲益匪淺。強(qiáng)烈推薦給所有對(duì)量子技術(shù)感興趣的朋友們！

原書(shū) 前言
21世紀(jì),對(duì)人類來(lái)說(shuō)是一個(gè)怎樣的世紀(jì)?何時(shí)會(huì)出現(xiàn)徹底改變?nèi)粘Ｉ畹陌l(fā)明和發(fā)現(xiàn)呢?
愛(ài)因斯坦曾提出質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量,這一理論的發(fā)展導(dǎo)致了原子能的發(fā)現(xiàn)。但遺憾的是,在原子能得到和平利用之前,卻誕生了原子彈。曾經(jīng)用于報(bào)文加密和解密的計(jì)算機(jī),在20世紀(jì)取得了巨大的發(fā)展,并演變成了今天的計(jì)算機(jī)。如今,在量子技術(shù)領(lǐng)域,也相繼出現(xiàn)了可以與這些偉大發(fā)現(xiàn)相提并論的重要發(fā)明和發(fā)現(xiàn)。
量子力學(xué)預(yù)言了一個(gè)超常的奇妙世界,愛(ài)因斯坦也因此終生都在懷疑這個(gè)理論。如今,隨著理論的系統(tǒng)化,量子力學(xué)逐漸發(fā)展成為能夠解開(kāi)宇宙和世界奧秘的重要理論。實(shí)際上,我們已經(jīng)在使用通過(guò)量子特性而顯著提高性能的設(shè)備,如大容量硬盤(pán)構(gòu)成的存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)以及DVD播放器中的激光器等。由于納米尺寸是量子世界的尺度,因此前所未有的納米尺寸的工業(yè)化應(yīng)用正在進(jìn)行,包括極小尺寸的器件、分子水平的標(biāo)記和納米尺寸的加工等。
量子技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣泛,幾乎涵蓋所有行業(yè),其中很多都與尖端產(chǎn)業(yè)、下一代產(chǎn)業(yè)有關(guān)。作為給下一代顯示器、高效太陽(yáng)能電池帶來(lái)突破的新技術(shù),量子技術(shù)被應(yīng)用于產(chǎn)出新材料的傳感器和分析儀器中。在生命科學(xué)領(lǐng)域,作為實(shí)時(shí)觀察蛋白質(zhì)運(yùn)動(dòng)的標(biāo)記和高性能顯微鏡的基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用正在進(jìn)行中。此外,利用電子自旋呈現(xiàn)量子特性的應(yīng)用物理學(xué)新世界也正在徐徐拉開(kāi)發(fā)展的帷幕。
在這些量子技術(shù)中,最受人們關(guān)注的是量子計(jì)算機(jī)。性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)的量子計(jì)算機(jī)正在成為現(xiàn)實(shí)。量子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)將極大地改變?nèi)斯ぶ悄艿男阅芎陀?jì)算機(jī)的安全性水平。
許多發(fā)達(dá)國(guó)家都在大力推進(jìn)量子技術(shù),這是因?yàn)榱孔蛹夹g(shù)被認(rèn)為是21世紀(jì)帶來(lái)財(cái)富和幸福的基礎(chǔ)技術(shù)。在這些發(fā)達(dá)國(guó)家中,利用量子技術(shù)的半導(dǎo)體、基于量子計(jì)算的運(yùn)算裝置和下一代存儲(chǔ)器等研究正在舉國(guó)上下進(jìn)行。本書(shū)全面介紹了量子技術(shù)的現(xiàn)狀和未來(lái)前景,讓我們一起來(lái)看看這些量子技術(shù)中可能出現(xiàn)的21世紀(jì)的發(fā)明和發(fā)現(xiàn)吧!
若狹直道
2020年11月

目錄
譯者序
原書(shū)前言
第1章將為未來(lái)社會(huì)奠定基礎(chǔ)的技術(shù)
1-1巨大變革的時(shí)代
1-2什么是量子,位于何處,以及我們?nèi)绾芜M(jìn)行理解
1-3量子技術(shù)
1-4量子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域
第2章量子信息處理、量子加密通信
2-1利用量子特性的技術(shù)
2-2量子傳輸
2-3量子計(jì)算機(jī)
2-4夢(mèng)想中的量子計(jì)算機(jī)
2-5量子計(jì)算機(jī)的開(kāi)發(fā)
2-6退火方式和門(mén)控方式
2-7使用來(lái)自云端的量子計(jì)算機(jī)
2-8量子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域
2-9量子比特的制備方法
2-10量子計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)的競(jìng)爭(zhēng)
2-11當(dāng)前的量子計(jì)算機(jī)
2-12量子計(jì)算機(jī)對(duì)組合問(wèn)題的求解
2-13RSA加密體系
2-14量子通信
2-15絕對(duì)安全的量子加密通信
第3章量子束
3-1能量的最小單位
3-2電子在量化能級(jí)上的躍遷
3-3什么是激光
3-4未來(lái)武器
3-5激光在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用
3-6CPS型激光加工
3-7多光子吸收的應(yīng)用
3-8超短脈沖激光
3-9激光在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用
3-10半導(dǎo)體的激光制造
3-11激光與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)
3-12X射線、軟X射線
3-13用于微小物體觀測(cè)的波長(zhǎng)更短的光
3-14除激光和X射線外的量子束
3-15日本的量子束研究設(shè)施
3-16新一代同步輻射設(shè)施
第4章量子成像與量子傳感
4-1量子成像與量子傳感
4-2更小微觀世界的觀察
4-3從水母開(kāi)始
4-4熒光成像與熒光分析
4-5分子成像設(shè)備
4-6in vitro成像與in vivo成像
4-7突出單分子的標(biāo)記(熒光探針)
4-8合成材料
4-9量子點(diǎn)成像
4-10納米鉆石NV中心
4-11鉆石量子傳感器
4-12納米傳感器
4-13光柵鐘
第5章基于自旋電子學(xué)的光應(yīng)用技術(shù)
5-1量子點(diǎn)的能量
5-2量子點(diǎn)的制造方法
5-3石墨烯量子點(diǎn)
5-4使用量子點(diǎn)的產(chǎn)品
5-5量子點(diǎn)之前的顯示器
5-6量子點(diǎn)顯示器
5-7金納米粒子
5-8太陽(yáng)能電池
5-9無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池
5-10新型太陽(yáng)能電池
5-11鈣鈦礦太陽(yáng)能電池
5-12提高轉(zhuǎn)換效率和透明度
5-13量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池
5-14太陽(yáng)能發(fā)電
5-15太陽(yáng)能發(fā)電的發(fā)展
5-16電能與熱能的轉(zhuǎn)換
5-17自旋電子學(xué)
5-18MRAM
5-19量子自旋電子學(xué)的基本原理
5-20產(chǎn)生伴隨電子移動(dòng)的自旋流
5-21自旋流
5-22仍具潛力的自旋電子學(xué)
第6章量子技術(shù)的創(chuàng)新與未來(lái)展望
6-1納入綜合創(chuàng)新戰(zhàn)略2020的量子技術(shù)
6-2Society 5.0的實(shí)現(xiàn)措施
6-3有助于日本復(fù)興的量子技術(shù)
6-4MaaS與量子技術(shù)
6-5尖端光子學(xué)激光器是未來(lái)發(fā)展的保證
6-6圍繞量子計(jì)算機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)
6-7日本的根本問(wèn)題
參考文獻(xiàn)

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