量子計(jì)算基本原理/世紀(jì)高等教育精品大系

內(nèi)容概要

　　量子力學(xué)的誕生從根本上和觀(guān)念上改變了人類(lèi)對(duì)自然的認(rèn)識(shí)。在20世紀(jì)，人們將量子理論應(yīng)用于物質(zhì)科學(xué)和能源科學(xué)，開(kāi)拓出半導(dǎo)體激光、核技術(shù)等重要的高新技術(shù)。21世紀(jì)則出現(xiàn)了一門(mén)新興的量子信息科學(xué)，它是量子力學(xué)與信息科學(xué)相互融合的結(jié)果，目前已成為世界關(guān)注的熱門(mén)研究領(lǐng)域。　　信息科學(xué)與物理學(xué)的本質(zhì)聯(lián)系是信息需要物理載體，物理態(tài)可以?xún)?chǔ)存信息；信息是編碼在物理態(tài)上的知識(shí)，是對(duì)物理態(tài)時(shí)空結(jié)構(gòu)的編碼；信息的提取是對(duì)編碼的物理態(tài)的測(cè)量，信息的傳輸是對(duì)編碼的物理態(tài)的傳輸，信息的加工處理是在計(jì)算機(jī)中對(duì)編碼的物理態(tài)進(jìn)行的有控制的動(dòng)力演化。信息的存儲(chǔ)、提取、傳輸、處理需要借助物理手段，計(jì)算機(jī)是處理信息的物理實(shí)體。量子信息科學(xué)以量子力學(xué)作為物理學(xué)基礎(chǔ)，利用量子態(tài)進(jìn)行信息的編碼、處理和傳輸。量子信息科學(xué)根據(jù)量子力學(xué)的特性，如疊加性、糾纏性、非局域性和不可克隆性等，開(kāi)發(fā)出經(jīng)典信息科學(xué)無(wú)法達(dá)到的新功能，在加快運(yùn)算速度、確保信息安全和增大信息容量等方面突破現(xiàn)有信息技術(shù)的物理極限，開(kāi)拓出新的信息功能，為信息科學(xué)的持續(xù)發(fā)展提供了新的原理和方法。量子信息科學(xué)的誕生使信息科學(xué)的發(fā)展從“經(jīng)典”時(shí)代躍升到“量子”時(shí)代，在人類(lèi)文明社會(huì)的發(fā)展歷程中將帶來(lái)難以估計(jì)的影響。

書(shū)籍目錄

第一章 量子力學(xué)基本概念及其描述1.1 波動(dòng)與粒子兩象性，波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)詮釋1.2 力學(xué)量的描述，量子測(cè)量，不確定關(guān)系1.3 量子態(tài)疊加原理，表象與表象變換1.4 量子態(tài)隨時(shí)間的演化1.5 密度算符與密度矩陣1.6 純態(tài)、混合態(tài)及其描述1.6.1 純態(tài)及其描述1.6.2 混合態(tài)及其描述1.6.3 約化密度矩陣1.7 量子糾纏1.7.1 糾纏純態(tài)的基本概念1.7.2 Schmidt分解1.7.3 部分熵糾纏度1.8 EPR佯謬和Bell不等式1.8.1 EPR佯謬1.8.2 Bell不等式第二章 量子計(jì)算2.1 量子比特2.2 量子寄存器2.3 量子邏輯門(mén)2.3.1 量子邏輯門(mén)的可逆性2.3.2 量子邏輯門(mén)2.4.量子算法2.4.1 Deutsch問(wèn)題2.4.2 大數(shù)因子分解的Shor量子算法2.4.3 Grover的無(wú)序數(shù)據(jù)庫(kù)搜索量子算法第三章 量子計(jì)算機(jī)的物理實(shí)現(xiàn)3.1 指導(dǎo)性原則3.2 實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的技術(shù)和方案3.2.1 諧振子量子計(jì)算機(jī)3.2.2 光子量子計(jì)算機(jī)3.2.3 離子阱量子計(jì)算機(jī)3.2.4 用光學(xué)共振腔量子電動(dòng)力學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)量?算3.2.5 量子點(diǎn)技術(shù)3.2.6 核磁共振量子計(jì)算機(jī)的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)第四章 量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的主要困難及其對(duì)策4.1 量子干涉與糾纏4.2 糾纏和消相干4.3 量子糾錯(cuò)碼4.4 穩(wěn)定子參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第一章量子力學(xué)基本概念及其描述　　1.1 波動(dòng)與粒子兩象性，波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)詮釋　　實(shí)驗(yàn)證明，微觀(guān)粒子具有波粒兩象性。在實(shí)驗(yàn)觀(guān)測(cè)中所展現(xiàn)出來(lái)的“粒子性”，只不過(guò)是微觀(guān)粒子的“原子性”，即粒子是具有確切物理屬性（如質(zhì)量、電荷等）的一個(gè)客體，它并不意味著微觀(guān)粒子在空間中的運(yùn)動(dòng)具有確切的軌道，因?yàn)檐壍赖母拍钍墙?jīng)典力學(xué)中粒子運(yùn)動(dòng)的特性，它與微觀(guān)粒子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中顯示出來(lái)的微觀(guān)粒子的波動(dòng)性是不相容的?！皐hich-way實(shí)驗(yàn)”證明，當(dāng)人們確切地知道粒子是從雙縫中的哪一條縫中穿過(guò)時(shí)，雙縫干涉花紋就消失了。　　在實(shí)驗(yàn)中觀(guān)測(cè)到的微觀(guān)粒子的這種“波動(dòng)性”只不過(guò)是波動(dòng)現(xiàn)象最本質(zhì)的特征，即波的“相干疊加性”，它不意味著這種波動(dòng)一定是某種實(shí)在的物理量的波動(dòng)?！　.Bom提出“幾率波”的概念，即波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)詮釋。它把實(shí)物粒子的“原子性”和波動(dòng)的“相干疊加性”統(tǒng)一起來(lái)，這個(gè)概念的正確性，已為無(wú)數(shù)實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。

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