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出版者:Springer Verlag

作者:Byrappa, Kullaiah/ Ohachi, Tadashi (EDT)/ Byrappa, Kullaiah (EDT)/ Ohachi, Tadashi

出品人:

页数:589

译者:

出版时间:

价格:0.00 元

装帧:HRD

isbn号码:9783540003670

丛书系列:

图书标签:

• 晶体生长
• 材料科学
• 半导体
• 物理学
• 化学
• 技术
• 工艺
• 单晶
• 薄膜
• 生长机理

好的，这是一份关于一本假设名为《量子纠缠与信息传输》的图书简介，旨在详细描述其内容，并且完全避免提及您提供的书名或任何与“AI生成”相关的痕迹。 --- 《量子纠缠与信息传输》图书简介 本书深入探讨了量子信息科学领域的前沿课题，聚焦于量子纠缠这一核心现象，并系统阐述了如何利用这种独特的物理资源来构建下一代信息传输和计算范式。全书分为五个主要部分，结构严谨，逻辑清晰，旨在为物理学、计算机科学以及电子工程领域的专业人士和高级学生提供一个全面且深入的理论框架和实践指导。 第一部分：量子基础与纠缠的本征特性 本书的开篇奠定了坚实的量子力学基础，重点回顾了量子态的描述、测量理论以及量子叠加原理。随后，我们进入本书的核心——量子纠缠的探讨。不同于经典关联，量子纠缠的非定域性和强相关性是其区别于经典世界的标志。本部分详细分析了纠缠的数学描述，引入了冯·诺依曼熵、纠缠度量（如纠缠见度和纠缠纯度）等关键概念。我们利用密度矩阵理论，剖析了多体系统中的纠缠结构，包括双体纠缠、GHZ态和W态等重要多粒子纠缠态的生成与识别。此外，本部分还探讨了纠缠在开放系统中的退相干过程，即环境噪声如何影响纠缠的维持，并提出了初步的纠缠保护机制。 第二部分：量子信息学的基本操作与传输原理 在理解了纠缠的本质后，第二部分转向实际操作层面。本章详细阐述了量子信息传输中的几个基本操作：量子门（如Hadamard门、CNOT门、相移门）的设计与实现，以及通用量子计算模型（如Turing机到量子电路模型的转化）。核心内容聚焦于量子隐形传态（Quantum Teleportation）的完整流程。我们不仅从理论上推导了隐形传态的成功概率与贝尔态测量的关系，还探讨了在实际物理介质中（如光纤、自由空间）实现远距离隐形传态所面临的挑战，包括光子源的制备和探测效率的限制。此外，本部分还覆盖了量子态层析成像（Quantum State Tomography）的技术，这是验证传输或制备的量子态是否正确的关键手段。 第三部分：量子密钥分发（QKD）的理论与安全保障 量子密钥分发被认为是量子信息技术中最接近商业化的应用之一。第三部分系统地介绍了基于量子力学的安全通信协议。重点分析了BB84协议的原理、安全性证明以及其对窃听行为的内在抵抗力。我们深入剖析了“不可克隆定理”（No-Cloning Theorem）是如何为量子密钥提供信息论安全保障的。更进一步，本书讨论了更先进的协议，如基于纠缠的Ekert91协议，并对比了其在抗侦测能力和密钥生成速率上的优劣。本部分还涵盖了后量子密码学中经典算法的安全边界，以突显量子通信的不可替代性。关于实际部署，我们探讨了相位编码与偏振编码的优劣，以及在真实光纤网络中如何处理损耗和诱导的量子噪声。 第四部分：纠缠在量子计算中的应用与构建 量子计算的潜力主要源于对多体纠缠的有效操控。本部分深入解析了纠缠在加速计算过程中的核心作用。我们详细分析了Shor算法和Grover算法的底层机制，说明了这些算法如何依赖于大规模量子比特间的协同操作来达到指数级或平方级的加速。随后，本书转向了对特定量子计算模型的讨论，特别是测量引导型量子计算（Measurement-Based Quantum Computation, MBQC）。我们阐述了如何通过制备一个高度纠缠的“簇态”（Cluster State）作为资源态，然后通过一系列局域测量即可完成通用计算的过程，这为构建容错量子计算机提供了另一种不同的视角。此外，对于当前实验平台（如超导电路、离子阱、拓扑量子比特）如何编码、操作和维持多比特纠缠，也进行了详细的案例分析。 第五部分：前沿探索与未来展望 本书的最后一部分将视野投向了量子信息科学的最新研究热点和未来趋势。我们探讨了量子网络（Quantum Internet）的概念构建，即如何利用纠缠交换（Entanglement Swapping）和纠缠中继器（Quantum Repeaters）来克服远距离传输的限制，从而构建一个全球性的量子信息基础设施。此外，对“量子优势”的边界进行了审视，包括量子模拟在材料科学和化学反应动力学中的应用潜力。最后，本书探讨了量子引力理论与信息论交叉的前沿问题，例如黑洞信息悖论中的纠缠作用，以及量子信息视角下对时空几何的新认识。 《量子纠缠与信息传输》不仅仅是一本理论教科书，它更是一份详尽的技术蓝图，旨在激励研究人员和工程师们利用自然界中最奇特、最强大的资源——量子纠缠——来重塑未来的信息技术版图。全书配有大量精心设计的数学推导和实例分析，确保读者能够扎实掌握理论精髓，并具备解决实际工程问题的能力。

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