量子工程学：量子相干结构的理论和设计

献给量子工程师的书！

量子工程学——设计和制备量子相干结构——已经成为一个具有重要应用前景的新物理领域.本书给出了量子工程学中理论方法和实验结果的完整展示.

本书内容包括电路的量子理论、量子光学在固体电路中的相关理论方法、噪声的量子理论、退相干与测量、量子输运的朗道尔方程、弱超导电性物理，以及半导体异质结中二维电子气相关的物理等.理论与最新的实验数据相结合，从而帮助读者更加清楚地了解理论的应用场景.本书针对物理学研究生，将帮助读者开始自己的研究工作并将理论方法应用到正在开展的实验研究中.

扎戈斯金是英国拉夫堡大学的物理学教授，他的研究兴趣涵盖固态器件中的量子信息处理理论、介观超导电性、介观传输、量子统计物理及热力学等方面.

亚历山大·扎戈斯金（Alexandre Zagoskin），英国拉夫堡大学量子物理系副主任，致力于把量子工程发展成一门完备的学科。著有《多体系统量子理论》（斯普林格出版社）等。

金贻荣，北京量子信息科学研究院研究员，超导量子计算团队核心成员，微纳加工平台负责人，长期从事超导量子器件及应用研究，是国内超导量子计算领域的先驱者之一。

中文版序ⅰ

译者序ⅲ

前言ⅴ

第1章 量子工程师的量子力学基础001

1.1量子力学基本概念001

1.2态密度矩阵006

1.3开放系统中密度矩阵的演化016

1.4二能级系统的量子动力学024

1.5量子系统的慢演化036

1.6结语045

第2章 超导量子电路047

2.1约瑟夫森效应047

2.2约瑟夫森结中的量子效应、相位和磁通量子比特059

2.3量子相干结构的电路分析更多的磁通量子比特069

2.4电荷量子比特081

2.5量子电感和量子电容092

*2.6正常金属中的超导效应096

第3章 基于二维电子气的量子器件101

3.1二维电子气的量子输运101

3.2 2DEG量子点119

3.3回路、干涉仪和混合结构130

3.4结语139

第4章 超导多量子比特器件140

4.1量子比特耦合的物理实现140

4.2量子光学：概览156

4.3电路量子电动力学163

*4.4量子光学在相空间中的形式168

第5章 噪声与退相干184

5.1量子噪声184

5.2固态系统中的噪声源194

5.3噪声与退相干207

5.4退相干抑制217

5.5测量与退相干225

第6章 应用与思考237

6.1量子超材料237

6.2量子计算尺252

6.3量子热机、制冷机和妖263

6.4结语273

附录 量子门274

参考文献276

献给量子工程师的书！

量子工程学——设计和制备量子相干结构——已经成为一个具有重要应用前景的新物理领域.本书给出了量子工程学中理论方法和实验结果的完整展示.

本书内容包括电路的量子理论、量子光学在固体电路中的相关理论方法、噪声的量子理论、退相干与测量、量子输运的朗道尔方程、弱超导电性物理，以及半导体异质结中二维电子气相关的物理等.理论与最新的实验数据相结合，从而帮助读者更加清楚地了解理论的应用场景.本书针对物理学研究生，将帮助读者开始自己的研究工作并将理论方法应用到正在开展的实验研究中.

扎戈斯金是英国拉夫堡大学的物理学教授，他的研究兴趣涵盖固态器件中的量子信息处理理论、介观超导电性、介观传输、量子统计物理及热力学等方面.

亚历山大·扎戈斯金（Alexandre Zagoskin），英国拉夫堡大学量子物理系副主任，致力于把量子工程发展成一门完备的学科。著有《多体系统量子理论》（斯普林格出版社）等。

金贻荣，北京量子信息科学研究院研究员，超导量子计算团队核心成员，微纳加工平台负责人，长期从事超导量子器件及应用研究，是国内超导量子计算领域的先驱者之一。