圖解超導體 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

☆☆☆☆☆

圖書標籤:

• 超導體
• 物理學
• 材料科學
• 科普
• 圖解
• 電子工程
• 低溫物理
• 凝聚態物理
• 科學普及
• 技術

　　超傳導是指「導體的電阻為零」的現象，雖然超導體得在低溫纔可作用而使發展受限，但其高能量密度、省能源、低發熱、高靈敏度等特性仍是其他材料無法比擬的。在環保需求下，將來超導體絕對是在電力、醫療、運輸、資訊等領域不可或缺的材料。預計在二○二○年時，全球應用超傳導的市場約為兩韆億美金，其中，電子方麵約佔五成餘，而運輸、醫療方麵則約佔其餘的四成餘。因此，若能瞭解這個即將成為未來趨勢的材料，也就代錶先掌握瞭商機與尖端資訊！

本書特色

　　本書第一章先由物理、化學角度，說明超傳導作用的基礎理論，以及超傳導的特性與形成條件，第二章則為你整理齣超導體的材料與超導體綫材、薄膜與磁石等的製造技術。最後一章則介紹超導體的應用領域，例如：於磁浮列車、發電機、變壓器、精密磁氣測定、超高速超傳導計算機、超傳導濾波器……等的運用，及其未來可能的發展，循序漸進地帶領你認識超導體的奧妙。

　　◆以圖解方式，深入淺齣介紹超導體的技術、材料與應用。
　　◆每個單元皆做重點提示，化繁為簡，幫助你掌握內文要意。
　　◆書末收錄專有名詞索引錶，讓你隨時都能快速查詢所需資訊。

作者簡介

下山淳一

　　一九六二年生於日本岐阜縣。一九八六年畢業於日本東京大學工業化學係，一九八八年同大學工學係化學能源研究所畢業，隨後並取得工學博士。一九八八年進入旭硝子株式會社，服務於中央研究所任研究員。一九三三年擔任東京大學工學部助理（應用化學係），現為東京大學工學部助理教授。

審定者簡介

陳政維

　　颱灣大學物理係教授。美國加州大學聖地牙哥分校物理博士。主要研究領域為超導體與磁性，以及兩者之間的交互作用關係。關於奈米尺度的超導體材料探討，也是目前的研究重點。

譯者簡介

王政友

　　一九四四年生，颱北工專（現改製為颱北科技大學）電機科畢業。一九六五年進入颱灣電力公司擔任儀控專業工程師。一九七三年於美國匹茲堡接受發電機組之計算機控製培訓，一九八○年於日本EPDCI接受水力發電廠之遙測遙控培訓，一九八三年完成自製遙測遙控係統WL-8300。著有《IC之應用叢書 1-7》（無綫電界），譯有《圖解光觸媒》、《圖解半導體》、《圖解有機EL》（以上由世茂齣版）等。

好的，這是一本關於《圖解量子糾纏：從基本概念到前沿應用》的圖書簡介： --- 圖解量子糾纏：從基本概念到前沿應用 導讀：撥開迷霧，直抵量子世界的“幽靈般的超距作用” 在20世紀初，當量子力學的兩大支柱——矩陣力學和波動力學——逐漸成型時，愛因斯坦、波多爾斯基和羅森（EPR）通過一個著名的思想實驗，對量子力學的完備性提齣瞭深刻的質疑。他們試圖挑戰的，正是量子力學中最令人費解，卻又最具有顛覆性的現象：量子糾纏（Quantum Entanglement）。 《圖解量子糾纏：從基本概念到前沿應用》並非一本晦澀的理論物理教科書，而是一部旨在係統化、可視化地闡釋這一核心概念的科普與工程指南。本書緻力於將深奧的物理學原理轉化為直觀易懂的圖示和實例，帶領讀者——無論是物理學愛好者、計算機科學專業人士，還是對未來科技充滿好奇的普通讀者——領略量子信息科學中最引人入勝的篇章。 第一部分：糾纏的誕生——概念的基石與曆史的脈絡 本部分是理解量子糾纏的“入門指南”。我們不直接跳入復雜的數學公式，而是從最基本的量子力學概念齣發，為構建糾纏的殿堂打下堅實的基礎。 第一章：量子態與疊加態的直觀理解 我們首先需要拋棄日常經驗中的經典直覺。本章通過詳盡的圖解，解釋瞭量子比特（Qubit）與經典比特的區彆。我們運用“薛定諤的貓”的比喻（並對其進行嚴格的物理修正），清晰展示疊加態的含義——一個係統可以同時處於多種可能狀態的疊加。重點在於二維矢量空間和布洛赫球（Bloch Sphere）的可視化錶示，幫助讀者直觀地掌握如何用幾何圖像來描述微觀粒子的狀態。 第二章：貝爾不等式——檢驗“定域實在論”的試金石 量子糾纏的真正威力，在於它挑戰瞭愛因斯坦堅持的“定域實在論”——即信息傳播速度不能超過光速，且物體的屬性在測量之前已經確定。本章將詳細剖析貝爾（Bell）最初的設想，並逐步推導齣貝爾不等式（Bell Inequalities）。 通過模擬不同測量角度下的相關性分析，讀者將清晰地看到，如果世界是“定域實在”的，那麼實驗結果的關聯度將永遠無法超過某一個極限值。而量子力學的預測，卻可以明確地突破這個極限。這一章是理解“非定域性”的關鍵所在。 第三章：糾纏的生成與度量：從“糾纏態”到“純糾纏” 什麼是真正的糾纏態？本書將引入幾個最核心的、可實例化的糾纏態模型。重點介紹貝爾態（Bell States），即 $frac{1}{sqrt{2}}(|00 angle + |11 angle)$ 和 $frac{1}{sqrt{2}}(|01 angle - |10 angle)$ 這樣的最大糾纏態。我們通過對比“分離態”和“糾纏態”的張量積錶示法，形象化地展示瞭為什麼一旦測量其中一個粒子，另一個粒子的狀態會瞬間確定，無論它們相隔多遠。 此外，本章還會介紹如何量化糾纏的程度，例如使用馮·諾依曼熵（Von Neumann Entropy）和糾纏純度，為後續的工程應用做鋪墊。 第二部分：糾纏的技藝——信息傳遞與計算的革新 量子糾纏並非僅僅是哲學上的奇觀，它更是驅動下一代信息技術的核心資源。本部分將聚焦於糾纏態在實際信息處理中的應用。 第四章：量子隱形傳態（Quantum Teleportation）：信息的遠程“搬運工” 隱形傳態常被誤解為“物質的瞬間移動”，但本書將澄清其真正的含義：量子態的遠程傳輸。本章將以詳盡的流程圖和分步解析，展示如何利用一對預先共享的糾纏粒子，結閤經典的通信渠道，實現一個未知量子態從A點到B點的精確重構。我們將深入探討其中涉及到的：貝爾態測量（Bell State Measurement, BSM）的原理和必要性。 第五章：量子密鑰分發（QKD）：基於糾纏的絕對安全通信 在信息安全領域，糾纏提供瞭一種理論上不可破解的加密手段。本章重點介紹基於糾纏的量子密鑰分發協議，特彆是Ekert91 協議。我們將展示糾纏如何作為一種“安全哨兵”：任何竊聽行為都會不可避免地破壞糾纏的關聯性，從而立即暴露竊聽者的存在。這與依賴數學復雜性的經典加密方法有著本質的區彆。 第六章：量子計算的核心：糾纏與門操作 量子計算機的強大算力，根植於其對多粒子係統進行復雜糾纏操作的能力。本章闡述瞭如何利用糾纏門，特彆是受控非門（CNOT），在多個量子比特之間建立和操控復雜的糾纏結構。我們將以一個簡化的三比特量子算法實例，直觀展示如何通過連續的糾纏操作來探索巨大的計算空間，從而實現超越經典極限的計算能力。 第三部分：糾纏的前沿與挑戰——從實驗到未來 本部分將目光投嚮當前世界範圍內，研究人員正在攻剋的難題和正在探索的未來方嚮。 第七章：糾纏的實驗實現：光子、離子阱與超導電路 如何真正“製造”和“保持”糾纏？本章將對比目前主流的物理平颱： 1. 光子係統： 探討自發參量下轉換（SPDC）等技術如何産生高純度的糾纏光子對，以及光縴傳輸的挑戰。 2. 囚禁離子係統： 解釋激光冷卻和電磁場如何精確控製單個離子的量子態，並實現離子間的糾纏操作。 3. 超導電路： 介紹基於約瑟夫森結的量子比特（如Transmon），以及微波技術如何用於操控它們的糾纏關係。 第八章：多體糾纏與拓撲保護：邁嚮容錯量子計算 隨著量子比特數量的增加，更復雜的多體糾纏結構成為可能，例如GHZ態和簇態。本章將深入探討這些高維糾纏態在實現更強大的並行計算中的潛力。同時，我們也將介紹拓撲量子計算的概念，即如何利用物理係統的拓撲性質來“保護”糾纏，使其對環境噪聲産生天然的免疫力，這是實現大規模、容錯量子計算的關鍵路徑。 第九章：糾纏的邊界探索：引力與時空的新視角 在本書的收尾，我們將討論糾纏在基礎物理學中的最新應用。理論物理學傢正在探索糾纏與時空幾何之間的深層聯係，即ER=EPR猜想——糾纏（EPR）是否等同於蟲洞（ER）？本章將以通俗的語言介紹這一大膽的猜想，揭示量子糾纏可能不僅僅是信息論的工具，更是構建我們宇宙時空結構的基石。 --- 本書特色： 全彩高清圖解： 超過300幅原創插圖，將抽象概念具象化。 曆史脈絡清晰： 梳理瞭從EPR到最新的實驗驗證的全過程。 數學簡化： 核心概念不迴避數學，但以物理直覺為先導。 《圖解量子糾纏》旨在為你提供一把理解現代物理學最前沿工具的鑰匙，讓你能夠真正領略到量子世界中那種“看不見卻又真實存在”的深刻連接。

前言

第一章　基礎篇
1. 什麼是超傳導？（電阻為零！）
2. 發現超傳導的第一步
3. 超傳導的發現
4. 超傳導狀態有其限界存在
5. 探索具有超傳導現象的元素
6. 製作超傳導物質之文化始源
7. 種類逐漸增加的超導體
8. 令人躍躍欲試的超傳導
9. 高溫超導體的登場
10. 高溫超傳導熱
11. 高溫超導體的獨特構造
12. 100K級超導體之巨大礦脈的切口
13. 逐漸被發現的高溫超導體
14. 強製製造齣高溫超導體
15. 超導體臨界溫度嚮上提升的曆史
16. 高溫超傳導熱裏側的發現
17. 何以具有超傳導作用？（1）（希望瞭解不可思議的超傳導）
18. 何以具有超傳導作用？（2）（金屬中自由電子的活動）
19. 何以具有超傳導作用？（3）（無法僅以電子作齣說明）
20. 何以具有超傳導作用？（4）（電子間有引力作用）
21. 何以具有超傳導作用？（5）（成對電子的集團運動）
22. 何以具有超傳導作用？（6）（電阻便因此而為零）
23. 什麼情況下超傳導會被破壞？
24. 若將磁石移近超導體時將發生何種現象？
25. 何以磁場不能進入超傳導體中？
26. 超導體是否始終厭惡磁場？
27. 強製將磁石移近超導體時將産生何種現象
28. 能夠承受強磁場的第II種超導體
29. 什麼是量子化磁束？
30. 超導體截止至實用化之間的長年歲月
31. 將量子化磁束予以束縛！
32. 希望能夠在超導體中流通大量的電流
33. 電阻為零所帶來的福音
34. 決定臨界溫度（Tc）的因素是什麼？（1）（能否設計齣高Tc的物質？）
35. 決定臨界溫度（Tc）的因素是什麼？（2）（製造方法極為重要）
36. 高溫超導體的特徵（1）（Tc大幅變化）
37. 高溫超導體的特徵（2）（方嚮錯誤時無法流通電流！）
38. 高溫超導體的特徵（3）（處於超傳導狀態卻無法在零電阻下流通電流）
39. 超導體的狀態圖 （超傳導狀態限界的總結）
40. 超傳導電子之隧道效應的異常
【專欄】高溫超導體熱的秘聞

第二章　材料篇
41. 如何將超導體製成綫材
42. 超導綫並非隻是一條超導綫
43. 超傳導綫材的製造方法
44. 從金屬超傳導綫材到高溫超傳導綫材
45. 若將超導體製成薄膜時將又如何？
46. 能否使用超導體之塊？
47. 高溫超導體的強力磁石為巨大的寶石 BR>48. 製作超傳導材料所麵臨的圍籬

第三章　應用篇
49. 應用逐漸廣?的超傳導所形成的大樹
50. 超傳導輸電電纜的開發
51. 超傳導輸電電纜的結構
52. 超傳導輸電電纜之試驗
53. 次一世代的超傳導綫材是什麼？
54. 利用超傳導綫材製造電磁石
55 .利用超傳導儲存電力
56. 高靈敏度磁共振中不可或缺的超傳導電磁石
57. 超傳導在磁浮列車中的作用
58. 磁浮列車的安全性與未來展望
59. 以高磁場控製電子或帶電粒子的動作
60. 使用高磁場以選彆物質
61. 高溫超傳導磁石塊的廣泛應用
62. 以冷凍機冷卻的超傳導
63. 超傳導電磁石所開拓的新研究範疇
64. 製造齣高純度矽的超傳導電磁石
65. 活用於各種電力機器上的超傳導
66. 作精密磁氣測定的超傳導元件
67. 測量腦或心髒的磁氣！
68. 不發熱的超高速超傳導計算機
69. 支援行動電話社會的超傳導濾波器
71. 若有朝一日實現室溫超導體時？
72. 支援21世紀之地球環境的超導體

索引

　　我們每天所過的富庶生活，可說是拜科學技術高度發展所賜。在各式各樣的尖端科學材料中，包括瞭將磁石這些自古以來便已使用的材料加以革新，製造齣與工業革命之前完全不同功能的新材料。這些具有新功能的材料中，有些就如真空管一般，在風靡一世紀之後，至今幾乎已被人所遺忘；有些材料則一直隨著社會發展而廣被應用，並逐年成長；有些則是在近幾年方纔急速發展、普及，並被期待成為未來技術。

　　超傳導為一九一一年間突然發現的物理現象，這種現象說來簡單，也就是「導體的電阻為零」。迄今雖然許多新的物理現象仍在學界中被持續研討，不過，自從發現超傳導的性質後，這種現象便一直被探討如何應用於較通俗的能源方麵。約經半個世紀，確定瞭超傳導在能源應用上的優越性之後，業界成功地開發瞭真正的實用材料，日本也發錶瞭磁浮列車的計畫；爾後便從分析超導體現象的理論作為起點，開始進行設計與研發新的電子裝置。但在又過瞭五十年後的今日，盡管期間已發現瞭高溫超導體的重大成就，一般人仍舊覺得超傳導屬於「未來技術」而裹足不前。其實，這本書中所介紹的各種技術現今皆正在進行發展之中，無奈這種材料若非於低溫使用，也就是不設法加以冷卻時，並無法顯齣特有的超傳導現象，由於這種因素，導緻超導體迄今尚無法快速普及。

　　本書擬自物理、化學等側麵乃至各種應用上，就超傳導的特點加以整理並作齣說明，希望使讀者能藉此瞭解，在進入二十一世紀之後，超傳導應該即將被廣泛地應用於許多領域。若讀者能夠透過書中總計72個主題的說明，體認到超導體實為生活周遭之物時，也會是筆者最感快慰的一件事。

评分☆☆☆☆☆

我之前對超導體這個概念僅停留在“電流不會損耗”這一層麵，感覺非常神奇，但具體是怎麼迴事完全不瞭解。“圖解超導體”這個書名立刻吸引瞭我，因為它承諾瞭一種“圖解”的方式，這對我這種偏愛視覺化學習的人來說簡直太友好瞭。我猜想這本書不會是那種堆砌公式、隻給理論的書，而是會用各種生動形象的圖示來解釋復雜的物理原理。我特彆期待書中能用圖來展示電子是如何在超導體內部形成“庫珀對”的，以及這個過程是如何剋服瞭電阻。還有，對於“邁斯納效應”，我也想看到清晰的圖解，比如磁場綫是如何被超導體排斥的，這其中的物理機製是什麼。這本書是否會涉及一些關於超導材料的種類，比如低溫超導體和高溫超導體的區彆？如果能用圖來對比它們在不同溫度下的錶現，那將非常有幫助。我希望這本書能夠幫助我理解超導性背後的物理本質，而不是僅僅停留在錶麵知識。而且，我對超導性在未來科技中的應用也非常感興趣，比如磁懸浮列車、更強大的核聚變反應堆，甚至是量子計算，都聽說與超導材料有關。希望這本書能夠通過圖解的方式，將這些令人興奮的應用前景呈現在我麵前，讓我對這個神奇的領域有更深入的認識。

评分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計簡直太吸引人瞭！那種流動的、仿佛有能量在其中穿梭的圖案，立刻就勾起瞭我對物理世界的好奇心。我一直對那些“不可思議”的現象很感興趣，而超導性絕對算得上是其中之一。想象一下，電流在沒有絲毫阻礙的情況下流動，這簡直就是科幻小說裏的情節，但它卻是真實存在的。這本書的標題，"圖解超導體"，讓我覺得它不是那種枯燥乏味的學術著作，而是會用生動形象的方式來解釋這些復雜的概念。我期待著書中會有大量的圖示，能夠幫助我這個非專業人士也能理解那些抽象的物理原理。不知道它會不會從曆史的視角去介紹超導性的發現過程，比如那些偉大的科學傢們是如何一步步揭開這個謎團的？或者，它會從微觀世界齣發，解釋電子是如何在超導體中奇妙地運動的？我腦海裏已經浮現齣許多關於電子對、能隙、以及量子隧穿效應的畫麵，希望這本書能將這些復雜的概念變得觸手可及。而且，我一直有個疑問，超導性究竟有什麼實際的應用？書裏會不會介紹那些酷炫的科技，比如磁懸浮列車、強大的電磁鐵，甚至是未來的量子計算機？單憑封麵，我就已經對這本書充滿瞭無限的遐想，迫不及待想要翻開它，一探究竟瞭。

评分☆☆☆☆☆

作為一名對科學史充滿好奇的愛好者，我總是在尋找能夠連接理論與現實、知識與故事的書籍。而“圖解超導體”這個書名，讓我想象它不僅僅是一本介紹物理概念的教科書，更可能是一次關於發現、探索和創新的旅程。我期望書中會以引人入勝的方式，講述超導體這一現象的發現曆程，也許會從卡末林·昂內斯在1911年發現液氦的零電阻現象開始，一步步揭示科學傢們如何一步步攻剋難關，理解並利用這一奇特的量子效應。我尤其期待“圖解”的部分，它應該能幫助我理解那些抽象的物理概念，比如電子如何在晶格中協同運動，形成“庫珀對”，以及“能隙”的形成機製。我希望書中會有大量的插圖，能夠生動地展示這些微觀世界的奇妙景象，讓理論不再是冰冷的文字，而是鮮活的畫麵。另外，我更想知道超導體在現實世界中的重要性。這本書會不會介紹那些已經成熟的超導應用，比如強大的MRI設備、無損耗的輸電綫路，亦或是那些正在突破中的前沿科技，例如全超導托卡馬剋核聚變裝置、高性能的粒子加速器，甚至是神秘的量子計算機？我希望通過這本書，能夠看到超導性如何從一個純粹的物理現象，演變成改變我們生活、驅動科技進步的關鍵力量。

评分☆☆☆☆☆

我是一名對科技前沿新聞略有關心的人，經常聽到關於“超導材料”的新聞，但總是覺得離自己太遙遠，一知半解。“圖解超導體”這個書名，就像一道曙光，讓我覺得終於有機會能夠係統地、並且是以一種我能夠接受的方式去瞭解它。我設想這本書會從基礎講起，比如解釋什麼是“超導”這個現象本身，它是如何被發現的，以及它與普通導體的根本區彆在哪裏。我期待的不僅僅是理論的介紹，更重要的是“圖解”的魅力。我想象書中會有大量的圖錶、示意圖，甚至是模擬動畫的截圖，來展示電子在超導體中的特殊行為，比如無損耗傳輸、邁斯納效應（磁場被排斥齣超導體）。這些“圖解”應該能夠將那些抽象的物理概念，比如能隙、能帶結構，變得可視化，幫助我建立起一個清晰的物理圖像。另外，作為一名對未來科技感興趣的讀者，我非常想知道超導材料在現實生活中到底能帶來哪些顛覆性的變革。書中會不會介紹一些已經實現或正在研發中的超導應用，比如更高效的輸電綫、更強大的醫療成像設備（MRI）、以及更先進的粒子加速器？我對這些實際應用充滿瞭好奇，希望這本書能夠填補我在這方麵的知識空白，讓我能夠更深刻地理解超導性對人類社會發展的潛在影響。

评分☆☆☆☆☆

作為一名對基礎科學有著濃厚興趣的愛好者，我總是在尋找能夠刷新我認知、拓寬我視野的書籍。而“圖解超導體”這個名字，恰恰精準地擊中瞭我的興趣點。“圖解”這個詞暗示著這本書會以一種直觀、易懂的方式呈現超導性的奧秘，這對於許多非物理學專業的讀者來說，無疑是一劑強心針。我曾嘗試閱讀過一些關於量子力學的書籍，雖然內容很精彩，但往往因為缺乏足夠的視覺輔助而讓我感到晦澀難懂。這本書如果能將復雜的理論轉化為清晰的圖示，比如描繪電子在晶格中運動的動畫般的插圖，或者用生動的比喻來解釋量子相乾性，那將是我莫大的福音。我尤其好奇，這本書是否會深入探討超導性的不同類型，例如傳統的BCS超導和高溫超導，它們之間的區彆以及各自的挑戰又是什麼？我猜想，書中可能會涉及到一些基礎的凝聚態物理概念，比如聲子、庫珀對，甚至是約瑟夫森結。如果能將這些概念用形象化的方式呈現齣來，而不是僅僅羅列公式，那將極大地提升閱讀的樂趣和學習的效率。我希望這本書能夠讓我不僅僅是“知道”超導體是什麼，更能“理解”它為何如此獨特，以及它在未來的科技發展中扮演著怎樣的角色。