国防科大戴宏毅教授多年教学科研结晶：《量子光学导论》

戴宏毅，国防科技大学理学院教授，博士。长期从事量子光学、量子信息学研究，主讲《量子光学》、《固体物理》等多门研究生和本科生课程，主持和参与国家自然科学基金面上项目、重点项目等科研项目多项，发表论文100篇左右，出版《量子光学导论》等教材2部。获省自然科学奖一等奖、二等奖各1项，获省优秀博士论文奖，国防科技大学教学优秀个人奖和研究生优秀导师奖等。

量子光学不仅是光学领域的基础学科，也是当前物理学中发展最活跃的领域之一。现代量子光学是20 世纪60 年代诞生、90 年代初趋于成熟的一门学科。

量子理论是探究微观世界粒子运动规律的基础理论，量子光学是一门运用量子理论研究光场的非经典效应，以及光与物质相互作用过程中非经典现象的学科。量子光学用于观测符合量子力学规律复杂多样的物理现象，研究对光子的操纵和相干调控，不仅以其不可或缺的实验方法验证了部分尚存在争议的量子力学的基本原理，促进了量子力学的纵深发展，而且与信息科学交叉融合，将量子光学基本理论与量子操控的独特实验方法应用于信息处理，开拓出极为实用的量子信息新领域，促使量子信息科学的诞生。

量子光学从一门专门研究光和光场量子特性的学科，目前已演变为融合量子通信、量子计算、量子精密测量等量子信息科学，其应用极为广泛，为量子信息科学和技术的发展提供了基础。

《量子光学导论》（戴宏毅编著. 北京 : 科学出版社, 2024.8）是作者在国防科技大学讲授量子光学课程多年所用讲义的基础上，精心总结而成的，系统阐述了量子光学的基本理论、概念、方法及其在量子信息处理中的应用。

目前量子光学可以分为以下两个部分：

第一部分是量子光学的基础理论，也是从事量子光学和量子信息学研究必须掌握的部分，内容包括：光场的量子相干性、统计性以及压缩特性(即光场的量子化、光场本身的量子统计性质、相干性质、光场的压缩特性)，经典光场和量子光场分别与原子相互作用的半经典理论和全量子理论，量子光学中具体的物理实验系统，以及开放量子系统的量子理论等。

第二部分是量子光学前沿(最新发展)。这部分内容广泛且丰富、发展和更新速度快，从曾经很活跃、很前沿的激光半经典理论、共振荧光、超荧光、超辐射以及光学双稳态等，到当前迅猛发展的量子通信、量子计算与量子模拟、量子精密测量、量子关联成像、量子网络、冷原子物理等。

本书着重阐述第一部分内容，对第二部分内容不进行专门介绍，但将其中的重要内容和核心概念，如激光理论、纠缠态制备、纠缠度量、退相干、边带冷却等穿插融入其中进行介绍。这是因为从事量子信息科学等专业的学生还有更加具体和深入的专业课、专题课及前沿讲座对第二部分内容进行专门讨论。

本书具有如下特点：

• 内容选择方面，考虑量子光学自身理论体系的科学性、系统性、完整性及其内在联系；尽可能多地把量子光学的新概念、新理论、新方法和新应用融合其中，突出反映书中内容的现代化和时代性，增强实用性和针对性。

• 内容优化方面，融合作者多年量子光学教学与量子信息科研的积累，从当前量子光学的研究成果中选择提炼出适合研究生教学的内容，丰富并完善从事量子信息研究所需要的量子光学基础理论，优化充实该课程的教学内容。

• 内容组织方面，遵循本领域认知规律，注重内容精练，重点突出，语言简洁，推导详尽，循序渐进，论述清楚；突出物理思想、物理方法、物理图像的清晰展现；强化多思考提出问题、多总结提炼分析问题和多交流优化解决问题过程的完整表达。

• 习题编排方面，每章精选一些与课本内容密切联系的习题，一些教材内容也以习题的形式呈现。习题形式自由灵活，难易程度不同，涉及知识面广；方便不同学习程度的学生选择相应习题进行演算和求解。

本书旨在

• 使学生较系统和全面地掌握量子光学的基础理论，把握量子光学的发展方向；

• 能够使学生较快地进入量子光学和量子信息的前沿领域，开展相关科学研究；

• 同时，也有益于培养学生提出问题、分析问题和解决问题，以及自主学习与科学创新的能力。

在本书即将出版之际，作者要向给予本书支持与帮助的国防科技大学教师、学生表示衷心的感谢。感谢理学院李承祖教授，是他引导作者转向量子信息科学的研究；感谢江天研究员、陈平形教授、刘伟涛教授、张婷副教授，在作者从事量子科学研究与教学过程中得到他们的大力支持；感谢吴春旺副教授，他与作者就书中有关问题进行了讨论；感谢周艳丽副教授，她对本书进行审阅并提出了宝贵意见；感谢邹宏新研究员、邓志姣教授、钟鸣教授、吴伟副教授、张杰副研究员、林惠祖副研究员、沈咏副研究员、谢艺副研究员、欧保全高级实验师、李春燕副教授、孙帅博士、周勇壮博士等的热心帮助。还要感谢智能科学学院的张明教授、龚京忠教授，他们对本书的撰写提出许多宝贵的建议。聂镇武、熊凯莉、何思文、何林贵、穆姝颖、汪伟全、许梦亮、张鹏飞等研究生曾阅读了本书部分初稿并提出了有益建议，在此一并表示感谢！

由于作者学识水平有限，书中难免存在不妥之处，敬请读者批评指正！作者邮箱：hydai@nudt.edu.cn 和daihongyi1@163.com。

本文摘编自《量子光学导论》（戴宏毅编著. 北京 : 科学出版社, 2024.8）一书“前言”，有删减修改，标题为编者所加。

ISBN978-7-03-078874-0

责任编辑：张艳芬 李 娜

本书系统阐述量子光学的基本理论、概念、方法及其在量子信息处理中的应用。全书分为9 章，主要内容包括量子力学基础、光场的量子化、相干态表象及其准概率分布函数、光场的相干性及其干涉理论、光场的压缩态、经典光场与原子相互作用的半经典理论、量子光场与原子相互作用的全量子理论、量子光学中的物理实验系统、开放量子系统的量子理论等。每章附有例题、小结和习题，方便学生学习与训练。

本书可作为量子信息科学等相关专业研究生、高年级本科生的教材，也可作为相关学科研究的科研工作者、教师参考用书。

（本文编辑：刘四旦）

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