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出版者:Springer Verlag

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

出品人:

頁數:589

译者:

出版時間:

價格:0.00 元

裝幀:HRD

isbn號碼:9783540003670

叢書系列:

圖書標籤:

• 晶體生長
• 材料科學
• 半導體
• 物理學
• 化學
• 技術
• 工藝
• 單晶
• 薄膜
• 生長機理

好的，這是一份關於一本假設名為《量子糾纏與信息傳輸》的圖書簡介，旨在詳細描述其內容，並且完全避免提及您提供的書名或任何與“AI生成”相關的痕跡。 --- 《量子糾纏與信息傳輸》圖書簡介 本書深入探討瞭量子信息科學領域的前沿課題，聚焦於量子糾纏這一核心現象，並係統闡述瞭如何利用這種獨特的物理資源來構建下一代信息傳輸和計算範式。全書分為五個主要部分，結構嚴謹，邏輯清晰，旨在為物理學、計算機科學以及電子工程領域的專業人士和高級學生提供一個全麵且深入的理論框架和實踐指導。 第一部分：量子基礎與糾纏的本徵特性 本書的開篇奠定瞭堅實的量子力學基礎，重點迴顧瞭量子態的描述、測量理論以及量子疊加原理。隨後，我們進入本書的核心——量子糾纏的探討。不同於經典關聯，量子糾纏的非定域性和強相關性是其區彆於經典世界的標誌。本部分詳細分析瞭糾纏的數學描述，引入瞭馮·諾依曼熵、糾纏度量（如糾纏見度和糾纏純度）等關鍵概念。我們利用密度矩陣理論，剖析瞭多體係統中的糾纏結構，包括雙體糾纏、GHZ態和W態等重要多粒子糾纏態的生成與識彆。此外，本部分還探討瞭糾纏在開放係統中的退相乾過程，即環境噪聲如何影響糾纏的維持，並提齣瞭初步的糾纏保護機製。 第二部分：量子信息學的基本操作與傳輸原理 在理解瞭糾纏的本質後，第二部分轉嚮實際操作層麵。本章詳細闡述瞭量子信息傳輸中的幾個基本操作：量子門（如Hadamard門、CNOT門、相移門）的設計與實現，以及通用量子計算模型（如Turing機到量子電路模型的轉化）。核心內容聚焦於量子隱形傳態（Quantum Teleportation）的完整流程。我們不僅從理論上推導瞭隱形傳態的成功概率與貝爾態測量的關係，還探討瞭在實際物理介質中（如光縴、自由空間）實現遠距離隱形傳態所麵臨的挑戰，包括光子源的製備和探測效率的限製。此外，本部分還覆蓋瞭量子態層析成像（Quantum State Tomography）的技術，這是驗證傳輸或製備的量子態是否正確的關鍵手段。 第三部分：量子密鑰分發（QKD）的理論與安全保障 量子密鑰分發被認為是量子信息技術中最接近商業化的應用之一。第三部分係統地介紹瞭基於量子力學的安全通信協議。重點分析瞭BB84協議的原理、安全性證明以及其對竊聽行為的內在抵抗力。我們深入剖析瞭“不可剋隆定理”（No-Cloning Theorem）是如何為量子密鑰提供信息論安全保障的。更進一步，本書討論瞭更先進的協議，如基於糾纏的Ekert91協議，並對比瞭其在抗偵測能力和密鑰生成速率上的優劣。本部分還涵蓋瞭後量子密碼學中經典算法的安全邊界，以突顯量子通信的不可替代性。關於實際部署，我們探討瞭相位編碼與偏振編碼的優劣，以及在真實光縴網絡中如何處理損耗和誘導的量子噪聲。 第四部分：糾纏在量子計算中的應用與構建 量子計算的潛力主要源於對多體糾纏的有效操控。本部分深入解析瞭糾纏在加速計算過程中的核心作用。我們詳細分析瞭Shor算法和Grover算法的底層機製，說明瞭這些算法如何依賴於大規模量子比特間的協同操作來達到指數級或平方級的加速。隨後，本書轉嚮瞭對特定量子計算模型的討論，特彆是測量引導型量子計算（Measurement-Based Quantum Computation, MBQC）。我們闡述瞭如何通過製備一個高度糾纏的“簇態”（Cluster State）作為資源態，然後通過一係列局域測量即可完成通用計算的過程，這為構建容錯量子計算機提供瞭另一種不同的視角。此外，對於當前實驗平颱（如超導電路、離子阱、拓撲量子比特）如何編碼、操作和維持多比特糾纏，也進行瞭詳細的案例分析。 第五部分：前沿探索與未來展望 本書的最後一部分將視野投嚮瞭量子信息科學的最新研究熱點和未來趨勢。我們探討瞭量子網絡（Quantum Internet）的概念構建，即如何利用糾纏交換（Entanglement Swapping）和糾纏中繼器（Quantum Repeaters）來剋服遠距離傳輸的限製，從而構建一個全球性的量子信息基礎設施。此外，對“量子優勢”的邊界進行瞭審視，包括量子模擬在材料科學和化學反應動力學中的應用潛力。最後，本書探討瞭量子引力理論與信息論交叉的前沿問題，例如黑洞信息悖論中的糾纏作用，以及量子信息視角下對時空幾何的新認識。 《量子糾纏與信息傳輸》不僅僅是一本理論教科書，它更是一份詳盡的技術藍圖，旨在激勵研究人員和工程師們利用自然界中最奇特、最強大的資源——量子糾纏——來重塑未來的信息技術版圖。全書配有大量精心設計的數學推導和實例分析，確保讀者能夠紮實掌握理論精髓，並具備解決實際工程問題的能力。

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