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量子信息物理原理


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量子信息物理原理
  • 书号：9787030163684
    作者：张永德
  • 外文书名：Principles of Quantum Information Physics
  • 装帧：平脊精装
    开本：B5
  • 页数：383
    字数：469000
    语种：zh-Hans
  • 出版社：科学出版社
    出版时间：2019-01-01
  • 所属分类：理论物理学
  • 定价： ￥98.00元
    售价： ￥63.70元
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本书系统介绍了量子信息论的物理原理。全书内容包括量子测量问题、双态系统、量子纠缠与纠缠分析、Bell型空间非定域性及分析、退相干分析、纯化与相干性恢复、不可克隆定理与量子Zeno效应、量子态超空间转移、量子门与简单量子网络、量子算法、量子误差纠正与保真度、量子信息论等，共计13章。重点在于阐述物理原理。每章后均附有相关文献和习题。为自学和教学方便，全部习题均给出了详细解答。
本书系统介绍了量子信息论的物理原理。全书内容包括量子测量问题、双态系统、量子纠缠与纠缠分析、Bell型空间非定域性及分析、退相干分析、纯化与相干性恢复、不可克隆定理与量子Zeno效应、量子态超空间转移、量子门与简单量子网络、量子算法、量子误差纠正与保真度、量子信息论等，共计13章。重点在于阐述物理原理。每章后均附有相关文献和习题。为自学和教学方便，全部习题均给出了详细解答。
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    前 言
    第一章 量子测量及相关问题 1
    1.1 量子测量及相关问题I——量子测量基础 1
    1.1.1 量子力学的第三公设——测量公设 1
    1.1.2 测量理论的三个阶段 2
    1.1.3 拥缩阶段的四个特征 3
    1.1.4 量子测量分类 3
    1.2 量子测量及相关问题Ⅱ——量子光学一些器件及实验分析 5
    1.2.1 量子测量效应I半透片、符合测量、PBS、后选择 5
    1.2.2 斜置偏振片的变换 9
    1.2.3 斜置半波片的作用 10
    1.2.4 BBO晶体与参量下转换极化纠缠光于对的产生 12
    1.3 量子测量及相关问题Ⅲ广义测量与POVM 13
    1.3.1 广义测量 13
    1.3.2 局域测量POVM 13
    1.3.3 POVM举例 16
    1.3.4 Neumark定理 17
    1.4 量子测量及相关问题N测量导致退相干的唯象模型研究 20
    1.4.1 量子测量的纠缠退相干模型von Neumann正交投影测量模型 20
    1.4.2 von Neumann iE交投影模型的典型例子Stern-Gerlach装置对电子自旋的测量 21
    1.5 量子测量及相关问题V——量子非破坏测量筒介 22
    1.5.1 标准量子极限 22
    1.5.2 量子非破坏测量的定义 22
    1.5.3 QND所必须满足的充耍条件 23
    1.5.4 QND的局限性 23
    1.6 量子测量及相关问题小结 24
    1.6.1 量子测量中时间拥缩和空间非定域性的问题 24
    1.6.2 量子测量理论中存在的问题 24
    练习题 25
    参考文献 27
    第二章 量子双态体系 29
    2.1 双态体系的定态描述 29
    2.1.1 双态体系的纯态与混态 29
    2.1.2 极化矢量、状态变换与2X2矩阵基" 33
    2.1.3 Bloch球描述 34
    2.1.4 可观察量与测量 35
    2.2 双态体系的么正演化 36
    2.2.1 单一双态体系动力学 36
    2.2.2 一般Jaynes-Cummings模型求解理论 37
    2.3 双态体系实验制备简介 38
    2.3.1 NMR方案 39
    2.3.2 腔QED 40
    2.3.3 光学方法 40
    2.3.4 离子阱 41
    2.3.5 量子点 41
    2.3.6 固体方法:硅基NMR、超导Josephson结 41
    2.4 双态体系混态作为系综解释的含糊性 42
    2.4.1 系综解释的青糊性 42
    2.4.2 例算 43
    练习题 46
    参考文献 48
    第三章 量子纠缠、混态与量子系综 50
    3.1 两体系统量子态分类及纯态Schmidt分解 50
    3.1.1 纯态与混态、可分离态与纠缠态 50
    3.1.2 两体纯态的Schmidt分解 51
    3.2 两体系统的量子纠缠，定义与分析 53
    3.2.1 两体系统量子纠缠与纠缠度 53
    3.2.2 纠缠度的几种定义 53
    3.2.3 量子纠缠的物理本质和若干误解 55
    3.3 混态及其描述 57
    3.3.1 再谈混态概念 57
    3.3.2 混态的起源纠缠与测量 58
    3.3.3 密度矩阵描述普遍性的数学根据Gleason定理 59
    3.3.4 约化密度矩阵 62
    3.4 混态系综解释的含糊性 62
    3.4.1 密度矩阵集舍的凸性 62
    3.4.2 三谈混态概念 63
    3.5 两体量子系统纠缠度计算 64
    3.5.1 两体相对情计算的定理1及应用 64
    3.5.2 两体相对情计算的定理2及应用 68
    3.5.3 两体连续变量量于态纠缠度计算方法 70
    练习题 72
    参考文献 74
    第四章 量子纠缠分析与判断 77
    4.1 量子纠缠结构一般分析 77
    4.1.1 引言77
    4.1.2 量子纠缠与可分离性 77
    4.1.3 多体纯态纠缠结构分析 78
    4.2 量子纠缠判断 79
    4.2.1 两体态可分离性的部分转置正定判据——Peres判据 79
    4.2.2 Peres判据讨论 80
    4.2.3 两体协方差关联张量Cij(A，B)及其判别法 81
    4.2.4 两体量子态可分离性的w-Z充要判据 84
    4.2.5 W-Z判据及马(A，B)-O判据的应用 88
    4.2.6 Peres判据与Free和BouND两类纠缠态 91
    4.3 存储器量子态纠缠分析 91
    4.3.1 复合双态系统的纯态 91
    4.3.2 纠缠指数 92
    4.3.3 N-qubit系统量子态的纠缠分类定理" 92
    练习题 96
    参考文献 97
    第五章 量子纠缠与Ben型空间非定域性 98
    5.1 Bell-CHSH-GHZ-Hardy-Cabello路线综述 98
    5.1.1 EPR 佯谬引发的Bell不等式路线 98
    5.1.2 CHSH不等式及其最大破坏 103
    5.1.3 GHZ定理及其实验检验 105
    5.1.4 Hardy定理 106
    5.1.5 Cabell定理 107
    5.1.6 连续变量系统的Bell不等式 109
    5.2 量子纠缠与Bell型空间非定域性关联分析 111
    5.2.1 "定域实在论"与量子纠缠 111
    5.2.2 QT 的空间非应域性 112
    5.3 对Bell-CHSH-GHZ-Hardy-Cabello路线评论 116
    5.3.1 Bell空间非定域性本质评论之一 116
    5.3.2 Bell型理论的局限性评论之二 120
    5.3.3 Bell型理论的发展评论之三 120
    练习题 122
    参考文献 122
    第六章 开放系统演化与退相干 124
    6.1 混态演化之——-Kraus定理 124
    6.1.1 密度矩阵的映射——超算符方法 124
    6.1.2 超算符的性质Kraus定理 127
    6.2 混态演化之二主方程方法 130
    6.2.1 密度矩阵的演化主方程的导出 130
    6.2.2 主方程的物理分析 133
    6.3 主方程的求解 134
    6.3.1 主方程求解方法(Ⅰ)——概述 134
    6.3.2 主方程求解方法(Ⅱ)超算符Lie代数方法 136
    6.3.3 例算(Ⅰ)：简单主方程的求解 138
    6.3.4 例算(Ⅱ)：主方程的超算符求解 140
    6.4 量子退相干问题初步分析 146
    6.4.1 退相干的物理起摞 146
    6.4.2 单qubit信息衰减模式分析——退相干基本模式 147
    6.4.3 系统与环境藕合造成的退相干 151
    6.4.4 测量造成退相干(Ⅰ)--Kraus退相干模型 153
    6.4.5 测量造成退相干(Ⅱ)近独立全同粒子测量退相干模型 154
    6.4.6 一个例算 158
    练习题 160
    参考文献 161
    第七章 混态纯化与相干性的恢复 162
    7.1 量子态纯化 162
    7.1.1 采用局域POVM方法来纯化 162
    7.1.2 采用局域CNOT操作来纯化 164
    7.1.3 用线性光学器件对光子极化纠缠混态的纯化 168
    7.2 量子擦洗与相干性恢复技术 172
    7.2.1 不确定性原理和被包交叠——单粒子态的量子擦洗——相干性恢复技术(Ⅰ) 173
    7.2.2 正交投影——单粒子不同组分态的量子擦挽——相干性恢复技术(Ⅱ) 174
    7.2.3 GHJW定理——棍态的纠缠纯化与广义量子擦洗——相干性恢复技术(Ⅲ) 174
    7.2.4 Swappi——遥控相干性恢复技术(Ⅳ) 180
    7.2.5 全同性原理应用全同多粒于态的相干性恢复技术(Ⅴ) 180
    练习题 185
    参考文献 186
    第八章 量子态的非克隆定理与量子Zeno效应 187
    8.1 量子态的克隆问题 187
    8.1.1 量子态非克隆定理 187
    8.1.2 量子态不可克隆和生物大分子可以克隆的对比 188
    8.1.3 概率克隆、近似克隆与最可信克隆 189
    8.2 量子态的不可删除定理 190
    8.2.1 量子态的不可删除定理 190
    8.2.2 纠缠不可克隆定理191
    8.3 量子Zeno效应和有关问题 191
    8.3.1 量子Zeno佯谬成了量子Zeno效应 191
    8.3.2 量子Zeno效应存在性的理论论证 192
    8.3.3 量子Zeno效应的本质 195
    8.3.4 *与负指数衰变规律并不矛盾 195
    8.3.5 量子Zeno效应的某些应用 195
    8.3.6 量子反Zeno效应又成了“佯谬”？ 196
    练习题 197
    参考文献 197
    第九章 量子态的超空间转移 198
    9.1 第一代量子态超空间转移Quantum Teleportation 198
    9.1.1 实验前状况 198
    9.1.2 实验任务 199
    9.1.3 原则性操作 199
    9.1.4 具体操作 199
    9.1.5 几点分析 199
    9.2 第二代量子Teleportation——量子Swapping 201
    9.2.1 理论方案 201
    9.2.2 实验进行201
    9.3 Teleportation实验分析改进与自由飞行qubit 202
    9.3.1 对首次实验的评论 202
    9.3.2 Innsbruck小组的回复 203
    9.3.3 后来Innsbruck小组的自由传播的teleported qubits 203
    9.4 第三代量子Teleportation 多目标共享量子Teleportation 204
    9.4.1 理论方案 204
    9.4.2 实验进行 205
    9.5 量子态超空间转移的普遍理论方案 205
    9.5.1 超算符观点处理量于态Teleportation 205
    9.5.2 S 能级任意态Teleportation的理论方案 206
    9.5.3 连续态Teleportation的理论方案 208
    9.5.4 混态的Teleportation 212
    9.6 量子态超空间转移的奇异性质 212
    练习题 212
    参考文献 213
    第十章 量子门与简单量子网络 215
    10.1 量子逻辑门的构成与运行 215
    10.1.1 量子态的存储量子位与量子存储器 215
    10.1.2 量于态的操控 217
    10.2 量子门简单组合及量子网络分解 220
    10.2.1 量子门的简单组合 220
    10.2.2 量子网络的Deutsch分解定理 223
    10.2.3 分解举例 225
    10.3 量子计算机及量子网络的DiVincenzo标准 226
    10.3.1 关于量子计算机的五条DiVincenzo标准 226
    10.3.2 关于量子计算机的量子网络功能附加的两条必要标准 227
    练习题 227
    参考文献 227
    第十一章 量子算法 228
    11.1 概论量子算法的基本特征 228
    11.1.1 经典的计算复杂性理论 228
    11.1.2 量子算法的基本特征 229
    11.2 Deutsch量子算法 229
    11.2.1 Deutsch问题 229
    11.2.2 Deutsch量子算法步骤 230
    11.3 量子分立傅里叶变换DFT 230
    11.3.1 分立傅里叶变换 230
    11.3.2 算法的实施 231
    11.4 量子Shor算法 232
    11.4.1 任务 232
    11.4.2 Shor量子算法步骤简单概括 232
    11.4.3 上面步骤中，最关键的是第一步，即求周期r 233
    11.4.4 量子Shor 算法的两点注记 234
    11.5 量子Grover算法——"量子摇晃"或量子搜寻算法 237
    11.5.1 Grover 算法遍历搜寻问题的量子算法 237
    11.5.2 对Grover 算法具体操作的说明 237
    11.5.3 式(11.24)的证明 239
    11.5.4 Grover算法的物理实现 240
    练习题 242
    参考文献 242
    第十二章 量子误差纠正与保真度计算 243
    12.1 量子误差与纠正 243
    12.1.1 量子误差的来源和类型 243
    12.1.2 简单的经典误差纠正码 244
    12.1.3 简单的量子误差纠正码自旋翻转型 245
    12.1.4 筒单的量子误差纠正码——相位翻转型 246
    12.1.5 量子误差纠正码——一般情况 247
    12.2 Bures保真度的计算 253
    12.2.1 Bures保真度定义 253
    12.2.2 多模高斯混态Bures保真度的一般公式 254
    12.2.3 计算公式(12.30)的简单证明 255
    12.3 Bures保真度计算举例 255
    参考文献 257
    第十三章 量子信息论 258
    13.1 经典Shannon 理论简介 258
    13.1.1 Shannon铺和数据压缩 258
    13.1.2 Shannon无噪声编码定理 260
    13.1.3 互信息 262
    l3.1.4 H(X，Y)，H(XIY)，I(X，y)性质总结 263
    13.l.5 Shannon噪声信道编码定理 264
    13.2 量子信息中的von Neumann熵 270
    13.2.1 von Neumann熵定义 270
    13.2.2 von Neumann熵的数学性质及讨论 272
    13.2.3 高斯型多模混态的von Neumann熵计算 278
    13.3 量子无噪声编码定理与量子数据压缩 279
    13.3.1 无噪声编码定理的量子模拟 279
    13.3.2 量子数据压缩举例 280
    13.3.3 Schumacher 编码——Schumacher无噪声量子编码定理 283
    13.3.4 稠密编码(dense coding)概念 286
    13.4 混态量子信息压缩的初步讨论 287
    l3.4.1 棍态编码与压缩问题 287
    13.4.2 Holevo信息Holev限x 288
    13.5 可获取的最大信息 292
    l3.5.1 可获取信息定义与Holevo限 292
    13.5.2 可识别性的改进Peres-Wootters方法2 95
    13.5.3 单用户量子信道的经典信息容量 298
    13.6 量子信道的经典信息容量——多个发送者情况 299
    13.6.1 简介与准备 299
    13.6.2 复合测量 302
    l3.6.3 随机编码 303
    13.6.4 逆定理证明 304
    13.6.5 应用讨论 306
    练习题 307
    参考文献 310
    附录A 量子变换理论简介 311
    附录B 与量子光场藕舍的双态体系一般动力学——Raman散射腔QED和广义Jaynes-Cummings模型的普遍理论 321
    附录C 一份《量子信息物理原理》参考试卷 329
    习题解答 334
    索引 378
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