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出版者:北京大学出版社

作者:王文明

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2002-03-01

价格:35.00元

装帧:

isbn号码:9787301054857

丛书系列:

图书标签:

• 计算机网络
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• 考研

《量子纠缠与信息传输的理论前沿》 作者： 李明德 博士 出版社： 启明科学出版社 ISBN： 978-7-5091-XXXX-X 页数： 680页 --- 内容简介 本书深入探讨了当前物理学和信息科学交叉领域中最具革命性的课题之一——量子纠缠现象在信息传输中的应用潜力与理论极限。全书围绕量子力学的基本原理展开，系统梳理了量子纠缠的生成、操控以及其在构建下一代通信和计算范式中的核心作用。我们旨在为高级研究人员、理论物理学者以及对信息科学前沿有浓厚兴趣的工程师提供一部既具深度又具前瞻性的参考著作。 本书结构严谨，内容涵盖了从基础理论到尖端实验验证的多个层面，避免了对现有经典通信模型的简单修补或替代性描述，而是完全聚焦于量子态的独特特性如何重塑我们对信息传输的认知。 第一部分：量子力学基础与纠缠的数学描述 本部分首先回顾了量子力学的核心公设，特别是关于态矢量空间、算符的表示方法，为理解纠缠现象奠定严格的数学基础。 第一章：量子态空间与张量积 详细阐述了复合系统的量子态是如何通过希尔伯特空间的张量积构造出来的。重点分析了直积态与不可约表示之间的本质区别。引入了密度矩阵的概念，并深入讨论了在有限维度系统（如量子比特）中，如何用密度矩阵来描述纯态和混合态。 第二章：纠缠的定义与量度 本书对“纠缠”这一概念进行了精确的数学定义，区分了乘积态（Product States）和纠缠态（Entangled States）。核心内容在于对纠缠度量的介绍：引入了冯·诺依依曼熵（Von Neumann Entropy）作为衡量纠缠强度的重要指标，并讨论了其他更细致的度量，如纠缠见值（Entanglement Witness）和纠缠保真度（Entanglement Fidelity）。详细分析了贝尔态（Bell States）的特殊地位及其在实验验证中的关键作用。 第三章：纠缠的动力学演化 考察了开放量子系统中的动力学。本章分析了环境噪声（退相干，Decoherence）如何影响纠缠态的保持时间。引入了林布雷德方程（Lindblad Equation）来描述量子态随时间的变化，并探讨了如何通过设计特定的哈密顿量或外部场来抑制或反转退相干过程，以延长纠缠的相干时间。 第二部分：量子信息传输的核心协议 本部分将理论抽象转化为可操作的通信范式，重点介绍利用量子特性实现信息传输的突破性协议。 第四章：量子隐形传态（Quantum Teleportation） 这是全书最核心的应用章节之一。详细解析了隐形传态的完整理论框架：利用一对预先共享的纠缠对，如何将一个未知量子态从发送方精确地转移到接收方。着重分析了该过程对经典信道的需求，以及为什么这并非“超光速通信”的实现途径，而是基于量子不可克隆定理（No-Cloning Theorem）的巧妙利用。 第五章：量子隐秘共享（Quantum Secret Sharing） 探讨了如何利用多粒子纠缠态（如GHZ态）来分配密钥或秘密信息，确保即使部分参与者串通，也无法完全获取秘密。本章深入讨论了方案的安全性证明，侧重于信息论视角下的安全保障。 第六章：量子纠错码（Quantum Error Correction Codes） 鉴于量子态极易受干扰，本章专门探讨了保护量子信息的方法。介绍了表面码（Surface Codes）和CSS码（Calderbank-Shor-Steane Codes）等主要构造。详细解释了它们如何通过冗余编码，将逻辑量子比特编码到多个物理量子比特中，实现对位翻转和相位翻转错误的联合检测与修复。 第三部分：前沿实验技术与理论极限 最后一部分将目光投向实验前沿和未解决的理论难题，探讨超越经典极限的可能性。 第七章：纠缠的实验制备与操控 本章回顾了实现稳定纠缠态的主要实验平台，包括超导电路、囚禁离子、光子系统以及拓扑量子比特。详细比较了不同平台的优缺点，特别关注了固态系统中纠缠门操作的保真度（Fidelity）与重复性。 第八章：多体纠缠与复杂系统 超越双体纠缠，本章研究了三个或更多粒子组成的纠缠态（如GHZ态、W态）的特性及其对信息处理的影响。讨论了如何利用多体纠缠来提高集体传感的精度（如增强型计量，Quantum Metrology），并探讨了其在复杂量子模拟中的应用。 第九章：量子信息传输的非局域性与相对论约束 本章回归到基础物理的哲学层面。深入分析了贝尔不等式（Bell Inequalities）的物理意义，并将其作为区分经典关联与量子关联的实验判据。最后，通过严谨的逻辑论证，阐述了量子力学与狭义相对论的兼容性，强调尽管量子关联是非局域的，但信息传递的速度仍然受到光速的严格限制。 --- 目标读者 本书适合具备扎实的线性代数、微积分基础，并对量子力学有初步了解的物理学研究生、博士后研究人员，以及致力于开发下一代安全通信和量子计算技术的工程师和研究人员。阅读本书前，建议读者对经典通信理论有基本概念，但这并非硬性要求，因为本书内容聚焦于量子领域的独特性。 本书特点 1. 理论深度与严谨性： 所有核心概念均以数学形式严格定义和推导，避免模糊的定性描述。 2. 聚焦前沿： 完全回避了对经典信息理论（如香农定理）的详细复述，而是专注于量子信息领域特有的挑战和机遇。 3. 前瞻视野： 紧密结合最新的实验进展，探讨了从理论设想到工程实现之间的关键瓶颈。

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