量子计算机研究 上
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四川成都
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作者李承祖等
出版社科学出版社
ISBN9787030318350
出版时间2011-07
装帧平装
开本16开
定价180元
货号29672877
上书时间2024-10-21
商品详情
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导语摘要
量子信息学是20世纪80年代以量子物理学为基础，融入计算机科学、**信息论形成的新兴交叉学科，主要包括量子通信和量子计算两个分支。《量子计算机研究 上》是关于量子计算机研究，分上、下两册出版。上册是关于量子计算机原理和物理实现，下册是关于量子纠错和容错量子计算。
《量子计算机研究 上》为上册，内容包括计算机从**到量子、量子位和量子逻辑门、量子算法、量子计算机动力学模型、离子阱量子计算机、基于半导体量子点的量子计算机，固体超导量子计算机，绝热量子计算、簇态和簇态上的量子计算等。
目录
目录
上册
前言
第1章计算机从**到量子1
1.1计算机的基本条件1
1.1.1计算1
1.1.2计算机的物理本质1
1.1.3在一个物理系统实现计算机的必要条件3
1.1.4量子计算概念的起源4
1.2早期的计算工具6
1.2.1数、原始的计算工具7
1.2.2筹算——用筹的位置、横竖、数量状态编码8
1.2.3珠算——用算珠的不同位置和数量状态编码8
1.3机械计算机和电磁计算机9
1.3.1机械计算机9
1.3.2电磁计算机10
1.4电子计算机12
1.4.1电子管计算机12
1.4.2晶体管13
1.4.3现代电子计算机14
1.4.4电子计算机的体系结构15
1.4.5电子计算机的基本逻辑电路16
1.4.6电子计算机的各种存储设备17
1.4.7**计算机19
1.5量子态和量子计算机编码20
1.5.1量子态的描述——波函数和量子态叠加原理20
1.5.2量子态的时间演化和计算操作21
1.5.3量子计算机的输出——量子测量22
1.5.4量子测量和量子计算机编程23
1.6量子计算机编码态的非**性质24
1.6.1量子纠缠现象24
1.6.2量子态非克隆定理25
1.6.3量子计算机和**计算机26
参考文献27
第2章量子位和量子逻辑门29
2.1量子位29
2.1.1量子位概念29
2.1.2量子位态的表示30
2.1.3多量子位态32
2.2**通用逻辑门组和**可逆计算33
2.2.1**通用逻辑门组33
2.2.2Landauer原理34
2.2.3**可逆计算35
2.2.4**可逆计算的通用门——Toffoli门35
2.3量子逻辑门36
2.3.1量子一位门36
2.3.2量子二位门38
2.3.3量子多位门42
2.4量子计算的通用逻辑门组43
2.4.1量子通用逻辑门组43
2.4.2证明量子通用逻辑门组的引理44
2.4.3证明两位控制非门和一位U门构成量子通用逻辑门组47
2.5量子通用逻辑门组的其他形式52
2.5.1包括两量子位控制相位门的通用逻辑门组52
2.5.2交换门的平方根和包含交换门平方根的通用量子逻辑门组54
2.5.3单量子位H门的分解56
2.5.4两量子位C门57
参考文献58
第3章量子算法59
3.1算法的概念和算法复杂性59
3.1.1可计算性理论、Turing机59
3.1.2计算和算法的概念61
3.1.3算法复杂性理论、P类和NP类算法62
3.1.4量子计算和**算法复杂性64
3.2几个简单问题的量子算法65
3.2.1Deutsch问题的量子算法65
3.2.2Deutsch-Jozsa问题的量子算法67
3.2.3Bernstein-Vazirani问题的量子算法69
3.2.4Simon问题的量子算法70
3.3随机数据库搜索的量子算法71
3.3.1随机数据库搜索问题71
3.3.2量子Oracle72
3.3.3Grover迭代算法的构造73
3.3.4Grover算法性能估计75
3.3.5Grover搜索算法是*优搜索算法76
3.4Shor分解大数质因子的量子算法77
3.4.1求*大公约数的Euclid算法77
3.4.2把分解大数质因子归约为求阶问题78
3.4.3求随机数阶的量子算法79
3.4.4量子离散Fourier变换算法81
3.5量子Fourier变换及其应用83
3.5.1量子Fourier变换84
3.5.2量子Fourier变换的有效实现85
3.5.3量子Fourier变换和相位估计87
3.6量子算法和隐藏子群问题89
3.6.1指数加速量子算法的群论描述89
3.6.2Abel群上函数的Fourier变换90
3.6.3指数加速量子算法和隐藏子群问题92
3.6.4非Abel群隐藏子群问题94
3.7量子系统的动力学模拟算法95
3.7.1量子系统动力学模拟原理95
3.7.2Fermi系统的量子模拟算法96
3.7.3Bose系统的量子模拟算法100
3.7.4从模拟结果中获得信息的测量103
参考文献104
第4章量子计算机动力学模型107
4.1量子计算机系统Hamilton量的一般形式107
4.1.1量子位动力学的半自旋Fermi子模型107
4.1.2两体相互作用Hamilton量110
4.1.3量子信息读出——测量112
4.1.4环境作用、量子计算机Hamilton量普遍形式112
4.2单量子位门操作(Ⅰ)113
4.2.1单量子位动力学方程113
4.2.2单量子位态绕z轴的任意转动114
4.2.3单量子位态的任意转动变换115
4.2.4单量子位态转动的几个特例117
4.3单量子位门操作(Ⅱ)119
4.3.1射频电磁场作用下单量子位Hamilton量119
4.3.2射频电磁场作用下单量子位态的时间演化120
4.3.3射频电磁场作用下单量子位态的共振激发122
4.4两量子位门操作123
4.4.1相互作用表象中的时间演化算子123
4.4.2Baker-Campbell-Hausdorf公式124
4.4.3利用特殊形式的两体相互作用执行两量子位门操作125
4.4.4相互作用势取Ising势时的两量子位门操作127
4.5辐射场和物质量子位的相互作用128
4.5.1辐射场的Hamilton量、电磁场的量子化128
4.5.2原子、离子系统的Hamilton量130
4.5.3辐射场和两能级原子的相互作用、旋转波近似131
4.6量子计算机系统消相干理论、超算子方法133
4.6.1子系统态的约化密度算子描述及其演化133
4.6.2超算子和超算子的算子和表示136
4.6.3量子态消相干理论137
4.7量子位态消相干的例子139
4.7.1单量子位和环境相互作用算子基139
4.7.2量子位去极化引起的消相干141
4.7.3量子位相对相位阻尼引起的消相干142
4.7.4量子位自发衰变引起的消相干143
4.8量子计算机系统消相干理论、主方程方法145
4.8.1Markoff近似145
4.8.2量子计算机非幺正演化的主方程146
4.8.3阻尼振子148
4.9实现量子计算机的物理条件149
4.9.1实现量子计算机的基本条件150
4.9.2量子计算机中的通信问题151
4.9.3关于量子计算机的物理实现152
参考文献153
第5章离子阱量子计算机156
5.1线性Paul阱和离子晶体156
5.1.1Paul势阱和单离子运动156
5.1.2离子在阱中的平衡位置158
5.1.3Paul阱中离子振动模159
5.2囚禁在阱中的离子和激光场的相互作用161
5.2.1囚禁离子运动的Hamilton量161
5.2.2囚禁离子和激光场相互作用162
5.2.3光场和离子内部态耦合常数的计算164
5.3离子阱量子位、量子位态的初始化和读出166
5.3.140C+a离子的能级结构166
5.3.2离子振动量子态的初始化168
5.3.3离子内态的初始化和读出171
5.4用40C+a离子量子计算的通用逻辑门172
5.4.1单量子位门操作172
5.4.2振动量子位的单量子位转动——复合脉冲技术173
5.4.3两量子位门操作174
5.5Deutsch-Josza算法的离子阱验证179
5.5.1Deutsch-Josza算法的主要步骤179
5.5.2算法在离子阱量子计算机上的实现180
5.6离子阱量子计算的简要评述184
5.6.1实验研究进展185
5.6.2离子阱量子计算中的消相干问题185
5.6.3离子阱量子计算机规模化问题186
5.6.4离子阱量子计算机研究的新思路187
参考文献188
第6章基于半导体量子点的量子计算机192
6.1半导体量子点192
6.1.1半导体异质结构自组织生长量子点192
6.1.22维电子气门限量子点193
6.1.3横向门限量子点门电极设计195
6.2量子点物理(Ⅰ)196
6.2.1能量量子化196
6.2.2量子点模型和常数相互作用假设198
6.2.3宏观量子隧道效应和库仑阻塞200
6.3量子点物理(Ⅱ)201
6.3.1量子点上的单电子态201
6.3.2量子点上双电子态202
6.3.3双量子点上的电子态203
6.3.4Pauli自旋阻塞205
6.4电子自旋量子位和通用逻辑门操作206
6.4.1电子自旋量子位206
6.4.2电子自旋量子位的一位门操作208
6.4.3电子自旋量子位的二位门操作208
6.4.4使用交换相互作用的通用量子计算210
6.5电子自旋态的制备和测量212
6.5.1电子自旋态制备212
6.5.2量子点上电荷态测量214
6.5.3单电子自旋态读出216
6.6量子点量子计算机简要评述218
6.6.1实验进展218
6.6.2消相干问题220
6.6.3展望221
参考文献221
第7章固体超导量子计算机225
7.1超导体物理225
7.1.1超导体的零电阻效应226
7.1.2超导体的Meissner效应226
7.1.3超导体比热227
7.1.4超导能隙和同位素效应228
7.2超导体理论228
7.2.1两流体模型229
7.2.2London方程229
7.2.3BCS理论：Cooper对模型230
7.2.4Ginzburg-Landau(G-L)理论232
7.2.5磁通量子化232
7.3Josephson效应233
7.3.1Josephson效应234
7.3.2Josephson方程234
7.3.3Josephson结的性质236
7.3.4Josephson结的伏安特性238
7.4超导量子干涉器238
7.4.1AGB效应239
7.4.2超导量子干涉现象240
7.5超导Josephson结电路的量子化241
7.5.1包含Josephson结电路的动力学性质241
7.5.2正则量子化方法242
7.5.3电流偏置Josephson结电路的动能和势能243
7.5.4电流偏置Josephson结电路的Hamilton量244
7.5.5磁通偏置Josephson结电路的Hamilton量245
7.6超导电荷量子位246
7.6.1简单电荷量子位246
7.6.2具有可调Josephson耦合的电荷量子位249
7.6.3电荷量子位间的耦合250
7.7超导磁通量子位251
7.7.1磁通量子
内容摘要
量子信息学是20世纪80年代以量子物理学为基础，融入计算机科学、**信息论形成的新兴交叉学科，主要包括量子通信和量子计算两个分支。《量子计算机研究 上》是关于量子计算机研究，分上、下两册出版。上册是关于量子计算机原理和物理实现，下册是关于量子纠错和容错量子计算。
《量子计算机研究 上》为上册，内容包括计算机从**到量子、量子位和量子逻辑门、量子算法、量子计算机动力学模型、离子阱量子计算机、基于半导体量子点的量子计算机，固体超导量子计算机，绝热量子计算、簇态和簇态上的量子计算等。
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