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量子信息理論與實踐/數字經濟技術前沿叢書

  • 作者：編者:陳曉紅//侯海良//許輝//賀龍輝|責編:吳夢佳
  • 出版社：清華大學
  • ISBN：9787302706816
  • 出版日期：2026/02/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：236
人民幣：RMB 59.9 元      售價：元
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內容大鋼
    本書全面且系統地分析了量子信息的基礎理論、核心概念、關鍵技術和應用實踐。本書主要內容包括量子信息的基本內涵、數學和物理理論基礎；量子計算的基礎理論、量子傅里葉變換和量子計算的物理實現；量子信源編碼、通道編碼、量子保密通信及量子通信網路等量子通信的基本理論，並介紹了幾個主要的量子通信網路實例；最後介紹了量子感測、量子精密測量等前沿技術，闡述了量子信息領域存在的問題與挑戰，並對量子信息未來技術和發展進行了展望。通過閱讀本書，讀者可以了解量子計算、量子通信、量子測量等量子技術的基礎理論、技術體系及應用場景。
    本書的目標讀者為高等院校量子信息科學與技術專業、物理專業、信息類專業的高年級本科生、研究生、高校教師，以及從事量子信息相關科研、工程技術等人員。
作者介紹
編者:陳曉紅//侯海良//許輝//賀龍輝|責編:吳夢佳
    陳曉紅，東京工業大學博士，中國工程院院士，第十三、第十四屆全國政協委員。我國管理科學與工程、工程管理及數據智能領域的著名專家。現任湖南工商大學黨委書記、湘江實驗室主任、中南大學商學院名譽院長、中國工程院工程管理學部常委、國務院學位委員會管理科學與工程學科評議組召集人、教育部科技委管理學部副主任、湖南省科協副主席、湖南省院士咨詢與交流促進會副會長。
目錄
第1章  量子信息的基本概念
  1.1  量子比特
  1.2  量子自旋
  1.3  量子邏輯門
  1.4  量子電路
  本章小結
  複習思考題
  參考文獻
第2章  量子信息的數學基礎
  2.1  複數
    2.1.1  虛數的提出
    2.1.2  複數的提出
    2.1.3  複數的表示方法
  2.2  向量空間
  2.3  矩陣與線性運算元
    2.3.1  矩陣概念
    2.3.2  矩陣的運算
    2.3.3  逆矩陣
    2.3.4  矩陣的初等變換和分塊矩陣
    2.3.5  特徵方程與特徵向量
    2.3.6  線性運算元
  2.4  向量的內積、外積運算
    2.4.1  內積
    2.4.2  外積
    2.4.3  張量積
  2.5  對易和反對易
    2.5.1  對易
    2.5.2  不確定關係
  本章小結
  複習思考題
  參考文獻
第3章  量子信息的物理基礎
  3.1  希爾伯特空間
  3.2  狄拉克符號
    3.2.1  狄拉克符號的引入
    3.2.2  基矢的特性
    3.2.3  基矢的狄拉克符號表示
    3.2.4  線性厄米算符
  3.3  量子力學的假設
    3.3.1  波函數假設
    3.3.2  量子態演化假設
    3.3.3  算符假設
    3.3.4  測量假設
    3.3.5  全同假設
  3.4  密度運算元
    3.4.1  密度運算元概述
    3.4.2  光子偏振
    3.4.3  純態數學表述
    3.4.4  混合態數學表述
  3.5  貝爾不等式

    3.5.1  局域實性
    3.5.2  貝爾不等式
    3.5.3  實驗效果
  本章小結
  複習思考題
  參考文獻
第4章  量子計算的理論基礎
  4.1  布爾代數
    4.1.1  布爾代數概述
    4.1.2  布爾運算
    4.1.3  布爾代數在量子計算中的應用
  4.2  計算模型
    4.2.1  圖靈機
    4.2.2  量子線路模型
    4.2.3  One-way量子計算模型
    4.2.4  拓撲量子計算
    4.2.5  量子行走
    4.2.6  絕熱量子計算
  4.3  邏輯門
    4.3.1  單量子比特邏輯門
    4.3.2  多量子比特邏輯門
    4.3.3  CNOT門
    4.3.4  CR門
    4.3.5  iSWAP門
  4.4  量子演算法
    4.4.1  經典計算
    4.4.2  量子並行性
    4.4.3  Deutsch演算法
    4.4.4  Deutsch-Jozsa演算法
    4.4.5  Shor演算法
    4.4.6  Grover演算法
  本章小結
  複習思考題
  參考文獻
第5章  量子傅里葉變換及其應用
  5.1  量子傅里葉變換
  5.2  量子相位估計與階計算
    5.2.1  相位估計的概念
    5.2.2  階計算
  5.3  量子傅里葉變換的應用
    5.3.1  周期查找
    5.3.2  離散對數
  本章小結
  複習思考題
  參考文獻
第6章  量子計算的物理實現
  6.1  離子阱
    6.1.1  離子阱的工作原理及特點
    6.1.2  四級阱與Mathieu方程
    6.1.3  贗勢法

    6.1.4  量子理論的描繪
    6.1.5  三維四極離子阱的結構與特點
    6.1.6  離子阱的基本設計思路
  6.2  核磁共振
    6.2.1  核磁共振原理
    6.2.2  核磁共振量子系統哈密頓量
    6.2.3  核磁共振量子計算
  6.3  超導量子電腦
    6.3.1  超導量子電腦架構
    6.3.2  超導量子比特的發展
    6.3.3  基於Josephson結的量子比特
    6.3.4  近年來國際國內的研究進展
  6.4  光量子電腦
    6.4.1  光量子電腦的起源與發展
    6.4.2  光量子計算的背景
    6.4.3  光量子電腦的工作原理
    6.4.4  光量子計算的產業與應用
    6.4.5  光量子電腦的前沿趨勢
  本章小結
  複習思考題
  參考文獻
第7章  量子熵與信息
  7.1  量子通信的基本概念
    7.1.1  量子通信的基本概念及特點
    7.1.2  量子通信的類型
    7.1.3  量子通信系統的指標
  7.2  香農熵及其基本性質
    7.2.1  經典熵函數的定義
    7.2.2  經典熵函數的性質
  7.3  量子熵及其基本性質
    7.3.1  量子熵函數的定義
    7.3.2  量子熵函數的基本性質
    7.3.3  量子相對熵的聯合凸性
  7.4  量子資訊理論
    7.4.1  量子態的區分與可達信息
    7.4.2  數據壓縮
  本章小結
  複習思考題
  參考文獻
第8章  量子信源編碼與通道編碼
  8.1  量子信源編碼
    8.1.1  量子信源編碼定理
    8.1.2  量子信源編碼實例
  8.2  量子通道編碼
    8.2.1  量子通道概述
    8.2.2  量子糾錯編碼
  8.3  量子通道容量
第9章  量子密鑰分發
  9.1  量子秘密共享
    9.1.1  基本概念

    9.1.2  基本原理
    9.1.3  實現方案
    9.1.4  潛在應用場景
    9.1.5  優勢
  9.2  量子安全通信方案
    9.2.1  基本概念
    9.2.2  Ping-Pong量子安全通信協議
    9.2.3  基於糾纏光子對的安全通信
    9.2.4  基於單光子的量子安全通信
  9.3  量子隱形傳態原理
    9.3.1  基本概念
    9.3.2  基本原理
    9.3.3  基本數學模型
    9.3.4  發展歷程
    9.3.5  新特點及應用場景
  9.4  量子保密通信
    9.4.1  基本概念與發展歷程
    9.4.2  發展現狀
    9.4.3  原理解釋
    9.4.4  應用場景
  9.5  量子密鑰交換
    9.5.1  基本概念
    9.5.2  原理解釋
    9.5.3  新特點
    9.5.4  應用場景
  本章小結
  複習思考題
  參考文獻
第10章  量子通信網路
  10.1  量子通信網路的結構
    10.1.1  量子通信網路體系架構
    10.1.2  量子通信網路中的多址技術
    10.1.3  量子通信網路體系架構
    10.1.4  量子通信網路的拓撲
  10.2  量子通信網路中的交換技術
    10.2.1  空分交換
    10.2.2  時分交換
    10.2.3  波分交換
    10.2.4  基於量子交換門的交換
  10.3  量子中繼器
    10.3.1  量子中繼器的原理
    10.3.2  量子中繼器的方案
  10.4  量子通信實驗網
    10.4.1  DARPA量子通信網路
    10.4.2  歐洲的量子骨幹網路
    10.4.3  東京量子密鑰分髮網絡
    10.4.4  我國的量子網路實驗
  10.5  量子通信網路的展望
  本章小結
  複習思考題

  參考文獻
第11章  量子信息的前沿技術
  11.1  量子感測
    11.1.1  量子感測的原理
    11.1.2  量子感測技術
    11.1.3  量子感測的應用領域
  11.2  量子精密測量技術
    11.2.1  量子干涉測量
    11.2.2  量子弱值測量
    11.2.3  量子壓縮態測量
  11.3  量子計算複雜性理論
    11.3.1  複雜性類的定義
    11.3.2  量子計算的優勢
    11.3.3  量子複雜性理論中的關鍵問題
    11.3.4  未來研究方向與挑戰
  11.4  量子機器學習
    11.4.1  量子機器學習的基本概念
    11.4.2  量子機器學習的主要演算法
    11.4.3  量子機器學習的研究現狀
    11.4.4  量子機器學習的發展方向
  本章小結
  複習思考題
  參考文獻
第12章  量子信息的挑戰與問題
  12.1  量子雜訊與退相干的挑戰
    12.1.1  量子雜訊的來源與影響
    12.1.2  退相干現象及其對量子信息處理的威脅
    12.1.3  抑制量子雜訊與退相干的策略和挑戰
  12.2  量子糾錯與容錯計算的挑戰
    12.2.1  量子糾錯碼的基本原理與限制
    12.2.2  實現容錯量子計算的挑戰
    12.2.3  量子糾錯技術的發展趨勢與前景
  12.3  量子通信的安全性與可靠性挑戰
    12.3.1  量子黑客攻擊與防禦策略
    12.3.2  實現可靠、遠距離量子通信的挑戰
  12.4  量子計算演算法與複雜性的挑戰
    12.4.1  量子演算法的基本原理與優勢
    12.4.2  量子計算複雜性的挑戰與限制
    12.4.3  尋找更高效量子演算法的策略與挑戰
  12.5  量子信息處理的實驗挑戰
    12.5.1  量子信息處理實驗的基本需求
    12.5.2  實現高精度量子門與測量的挑戰
    12.5.3  構建可擴展量子計算與通信系統的挑戰
  本章小結
  複習思考題
  參考文獻
第13章  量子信息的未來展望
  13.1  量子信息技術的前沿展望
    13.1.1  量子計算硬體的革新
    13.1.2  量子演算法的突破

    13.1.3  量子雲計算平台的發展
    13.1.4  量子通信的未來展望
  13.2  量子信息與其他學科的交叉融合
    13.2.1  量子信息與材料科學的交叉
    13.2.2  量子信息學與生物科學的結合
  13.3  量子信息對人類社會的影響
  本章小結
  複習思考題
  參考文獻

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