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出版者:Springer

作者:

出品人:

页数:330

译者:

出版时间:2006-07-26

价格:USD 74.95

装帧:Paperback

isbn号码:9783540309932

丛书系列:

图书标签:

量子系统
开放系统
量子动力学
非平衡态
量子信息
量子光学
统计物理
凝聚态物理
量子计算
量子控制

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具体描述

Understanding dissipative dynamics of open quantum systems remains a challenge in mathematical physics. This problem is relevant in various areas of fundamental and applied physics. From a mathematical point of view, it involves a large body of knowledge. Significant progress in the understanding of such systems has been made during the last decade. These books present in a self-contained way the mathematical theories involved in the modeling of such phenomena. They describe physically relevant models, develop their mathematical analysis and derive their physical implications. In Volume I the Hamiltonian description of quantum open systems is discussed. This includes an introduction to quantum statistical mechanics and its operator algebraic formulation, modular theory, spectral analysis and their applications to quantum dynamical systems. Volume II is dedicated to the Markovian formalism of classical and quantum open systems. A complete exposition of noise theory, Markov processes and stochastic differential equations, both in the classical and the quantum context, is provided. These mathematical tools are put into perspective with physical motivations and applications. Volume III is devoted to recent developments and applications. The topics discussed include the non-equilibrium properties of open quantum systems, the Fermi Golden Rule and weak coupling limit, quantum irreversibility and decoherence, qualitative behaviour of quantum Markov semigroups and continual quantum measurements.

《量子调控与量子信息处理》本书深入探讨了量子系统的精密调控技术及其在构建下一代量子信息处理平台中的关键作用。我们聚焦于如何精确地操控和测量开放量子系统，揭示了量子态的演化规律，并在此基础上构建了实现量子计算、量子通信和量子精密测量的核心方法。第一部分：开放量子系统的动力学描述与控制本部分从基础理论入手，详细阐述了开放量子系统描述的各种框架，包括主方程方法、量子 संस्थानों（quantum channel）理论以及量子轨迹（quantum trajectory）方法。我们将深入分析退相干（decoherence）和耗散（dissipation）的起源及其对量子信息的影响，并介绍如何利用不同的控制技术来抑制这些不良效应。退相干与耗散的微观机制：详细介绍系统与环境相互作用导致量子态退化的物理过程。我们将从统计力学和量子场论的角度，剖析环境噪声的类型（如马尔可夫噪声、非马尔可夫噪声）及其对量子比特相干性的破坏。主方程与Lindblad方程：介绍描述量子系统在开放环境下的演化的数学工具，重点分析Lindblad方程在描述耗散过程中的普适性，并探讨其推导和应用。量子 संस्थान理论：阐述将环境对系统的作用视为一系列量子映射（quantum map）的数学框架，介绍完全负性（complete positivity）等概念，并展示如何利用量子 संस्थान来描述量子态的演化和信息的丢失。量子轨迹方法：介绍在连续测量或量子耗散作用下，系统量子态的概率性演化路径，重点讨论其在理论分析和数值模拟中的优势，以及如何从中提取有用的量子信息。量子控制理论：详细介绍实现精确量子态制备、演化和测量的控制策略。我们将涵盖以下关键技术：最优控制理论：介绍如何设计控制脉冲（control pulse）以在最短时间内实现目标量子操作，包括GRAPE（Generalized RWA-based Pulse Engineering）等具体算法。反馈控制：探讨基于实时测量结果对系统施加控制以纠正误差或引导量子态演化的方法，重点介绍量子反馈（quantum feedback）的概念和实现方式。门操作的设计与实现：深入讨论实现基本量子门（如CNOT门、单比特旋转门）的物理方案，以及如何针对具体的量子硬件平台（如超导量子比特、离子阱）优化门操作的保真度。第二部分：量子信息处理的物理实现与架构本部分将重点介绍如何在不同的物理系统中实现量子信息处理。我们将剖析各种量子比特（qubit）的物理载体，探讨它们的优势、劣势以及实现量子操作和信息存储的策略。量子比特的物理实现：超导量子比特：详细介绍约瑟夫森结（Josephson junction）在构建超导量子比特中的作用，包括transmon、flux qubit等多种类型。分析其在微波驱动下的动力学行为，以及如何通过微波脉冲进行控制和读出。囚禁离子：阐述利用电磁场囚禁离子的技术，介绍离子作为量子比特的优势，如长相干时间和高门保真度。探讨如何利用激光与离子的相互作用来实现量子门操作和信息传递。中性原子：介绍利用激光冷却和囚禁技术构建冷原子量子系统。重点分析里德堡原子（Rydberg atom）在实现强相互作用和量子逻辑门中的应用。光量子比特：探讨利用光子的偏振、路径或时间等自由度作为量子比特的方案。介绍光学元件（如分束器、相移器）在执行量子操作中的作用，以及如何实现量子光源和探测器。固态量子比特：介绍金刚石NV色心（NV center）、量子点（quantum dot）等固态体系的量子信息处理潜力。分析其在室温操作和集成化方面的优势。量子寄存器与互联：讨论如何将多个量子比特组织成量子寄存器，以及实现量子比特之间高效、高保真度互联的技术。包括直接耦合、总线耦合以及通过第三方量子媒介（如光子）进行远程纠缠。量子门操作的鲁棒性与容错：深入探讨如何提高量子门操作的精度和稳定性，对抗物理噪声的干扰。介绍量子误差纠正（quantum error correction）的基本原理和不同类型的码（code），以及如何构建容错量子计算机。量子信息的读出与测量：详细介绍各种量子测量技术，包括单量子比特的投影测量、联合测量以及状态层析（state tomography）等。重点分析测量过程对量子态的影响，以及如何设计高效率、高保真度的读出电路。第三部分：量子信息处理的应用前景与前沿研究本部分将展望量子信息处理在各个领域的潜在应用，并介绍当前的研究热点和未来发展方向。量子计算：探讨量子计算机解决经典计算机难以解决的问题的能力，如因子分解（Shor算法）、搜索（Grover算法）以及量子模拟。分析不同量子计算模型（门模型、绝热量子计算）的优劣。量子通信：介绍量子密钥分发（QKD）在实现信息安全通信中的作用，以及量子中继器（quantum repeater）在构建全球量子通信网络中的关键地位。量子精密测量：阐述利用量子现象（如纠缠、叠加）提高测量精度，在基础科学研究和技术应用中的重要性，如原子钟、引力波探测等。量子模拟：介绍利用可控量子系统模拟其他难以研究的量子体系，如多体物理、化学反应等，从而推动科学发现。量子机器学习：探索将量子计算能力应用于机器学习任务，提升数据处理和模型训练的效率。本书旨在为从事量子物理、信息科学、计算机科学以及相关工程领域的科研人员和学生提供一份全面而深入的参考。通过对开放量子系统动力学和量子信息处理原理的深入剖析，我们希望能激发读者对量子科技前沿的探索热情，并为未来量子技术的突破奠定坚实的基础。