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量子信息概论
作者:
张登玉
定价:
35 元
页数:
138页
ISBN:
978-7-309-09700-9/O.516
字数:
173千字
开本:
32 开
装帧:
平装
出版日期:
2013年5月       
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内容提要


       量子信息是量子力学、信息科学和计算机科学结合而成的新学科.本书研究量子信息的基本内容,其主要内容包括以下5个部分:量子信息数学基础、量子信息学的量子力学基础、经典信息理论概要、量子逻辑运算及量子相干与量子退相干.
       本书可作为物理学、光学、电子信息相近专业本科生的教材,也可供对量子信息感兴趣的相关研究人员参考.

作者简介


       张登玉,物理学教授、光学博士。2012年1月主持并获湖南省人民政府自然科学奖三等奖。近几年,在国内外重要专业刊物发表论文30余篇,其中被国际著名的权威刊物《SCI》、《EI》共摘(收)录18篇(次)。主持完成湖南省杰出青年科技基金项目、湖南省自然科学基金项目和湖南省教育厅重点科研项目等8项课题。主持的“光学”学科2011年被确定为湖南省重点建设学科。主要任教光学和电动力学等课程,在《大学物理》等刊物发表教育教学研究论文20余篇,2007年被评为学院“教学名师”。主持的光学课程2006年被评为湖南省精品课程;主持的教学成果2004年获湖南省优秀教学成果三等奖;主持省级教研教改课题4项;主持的“光电课程组教学团队”2010年被评为湖南省高校优秀教学团队。主编的《光学》,是新世纪高等师范院校专业课教材,2002年由南京大学出版社出版。

书摘


       量子信息技术以量子力学原理为基础,充分利用量子相干性探索以全新的方式进行计算、编码和信息传输的可能性,为突破芯片极限提供新概念、新思路和新途径,实现现有信息技术无法做到的新的信息功能.由于量子信息处理在提高运算速度、确保信息传输安全、增大信息容量和提高检测精度等方面具有潜在的巨大应用价值,量子信息不仅引起了各国政府和科技界的广泛关注,而且受到信息产业界和军事部门的高度重视.量子信息学的研究内容主要包括量子计算、量子通信、量子密码、量子测量和量子模拟等. 毋容置疑,量子信息科学的迅速发展,必将引起划时代的信息技术革命,人类将进入量子信息技术时代.
       实现量子计算,一方面要求量子比特能很好地保持其相干性,能够实现与外界良好的隔离;另一方面又要求精确而有效地控制系统的演化,即需要量子系统之间有很好地耦合.因此,选择什么物理体系来实施量子计算要兼顾这两个方面的要求.量子计算要通过许多量子处理器(量子比特)来实现,因此适用于研制量子计算的物理体系要能实现由一定数量的量子处理器构成的“量子芯片”,而且还要能对任意一个和两个量子处理器实施精确的操控.当前实现量子计算的瓶颈在于如何研制含有大数目量子处理器的物理体系,它既可有效地克服退相干的影响,又具有物理可扩展性.近年来,科学家正在努力寻找能实现量子计算的物理系统,目前的研究主流集中在两个方向:(1)固态量子计算,包括超导、量子点等;(2)基于量子光学的量子计算,包括离子阱、腔量子电动力学(QED)、线性光学、光子晶体、光格子等.这些不同的物理系统各有优缺点:固态量子计算系统的物理可扩展性较好,但退相干严重;而基于量子光学的量子计算系统,量子相干性较好,但物理可扩展性较差.
       量子通信与量子计算中最容易导致信息传输中状态失真或计算结果错误的是退相干.如果量子态的演化过程不是幺正变换,则量子态之间的相干性消失,即发生退相干现象.或者说,当量子系统从相干叠加态演化为完全混合态时,量子干涉性消失,即发生退相干.由于量子系统不是完全隔离于环境,量子通信与量子计算的运作与周围器件(环境)的量子动力学规律有关,使得量子态的演化不是幺正变换,从而导致量子状态失真或计算结果错误.减少或消除退相干,是量子通信与量子计算技术变成现实的关键.围绕减少或消除退相干,国外学者和国内一些专家教授做了一些富有成效的研究工作.比如提出了各种不同的量子编码方案,其中两类最重要的量子编码是量子纠错码和量子防错码,以便减少退相干.
       量子逻辑门与量子退相干是量子信息中非常重要的课题,是近几年极活跃的前沿研究领域.本书对量子信息数学基础、量子信息学的量子力学基础做了较详细的介绍.对于经典信息理论,主要介绍与信息相关的概念、Shannon编码定理和通信中的信息量.本书重点研究激光的偏振与量子信息中的量子态、光学偏振器的量子逻辑功能、量子逻辑门的算符及矩阵表示,以及辐射场与二能级原子相互作用的量子逻辑功能等问题.研讨了量子态的相干与非相干、量子信息中的纯态和混合态、量子态的矩阵表示及量子退相干.针对多种相互作用模型,运用Kraus算子分析二能级及三能级原子量子态的退相干特性和激光器中离子密度矩阵元的演化规律.本书部分内容是作者的一些研究成果,已在专业核心刊物上发表.
       本书相关内容的研究依托于湖南省普通高校光电课程组教学团队项目、湖南省“十二五”重点建设学科(光学)和教育部2009年第四批高等学校特色专业建设点项目(TS11635).
       由于作者学识水平有限,书中不足之处在所难免,敬请广大读者指正!

书评       

   

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