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第1章 量子信息基础 1

1.1 预备知识 1

1.1.1 数学基础 1

1.1.2 测量基 3

1.1.3 量子比特 4

1.1.4 多量子比特 5

1.2 量子信息的量子力学基础 5

1.2.1 量子力学的基本假设 5

1.2.2 量子态叠加原理 6

1.2.3 测不准原理与非克隆定理 7

1.2.4 量子态的演化与幺正算符 8

1.3 量子纠缠 9

1.3.1 纯态与混合态 9

1.3.2 直积态与纠缠态 10

1.3.3 贝尔基态与GHZ态 10

1.3.4 贝尔基测量 12

1.3.5 Bell不等式 13

1.3.6 纠缠粒子之间的关联性与非定域性 14

1.4 密度算符与约化密度矩阵 15

1.5 常见的量子操作 17

1.5.1 单比特量子门 17

1.5.2 量子控制非门 18

1.5.3 量子门的简单应用 19

1.6 常见的量子技术 21

1.6.1 量子离物传态 21

1.6.2 量子纠缠转移 23

1.6.3 量子密集编码 25

参考文献 25

第2章 量子密码学 27

2.1 量子密码学概述 27

2.1.1 量子密码学简介 27

2.1.2 量子密码学与经典密码学比较 29

2.1.3 量子密码技术发展现状 30

2.2 量子密码技术 31

2.2.1 量子密钥分配 32

2.2.2 量子认证 45

2.2.3 量子签名 52

2.2.4 量子加密算法 61

2.2.5 量子秘密共享 64

2.3 量子保密通信系统 66

2.3.1 量子密码系统原理 66

2.3.2 量子密码实验系统 67

2.3.3 量子密码系统的应用 67

2.4 量子密码分析技术 68

2.4.1 RSA密钥系统 68

2.4.2 RSA安全性 69

2.4.3 分解质因子的量子算法 69

2.5 本章小结 71

参考文献 72

第3章 量子通信 73

3.1 量子安全直接通信 73

3.1.1 量子安全直接通信（QSDC）的必要条件 74

3.1.2 Two-Step QSDC 75

3.1.3 Quantum one-time pad QSDC 86

3.1.4 Repeatedly classical one-time pad QSDC 90

3.2 量子机密共享 94

3.2.1 CORE-QSS 95

3.2.2 基于极化单光子的QSS 97

3.2.3 延迟测量的QKD与QSS 101

3.3 量子信源编码 102

参考文献 103

第4章 量子计算 105

4.1 量子计算绪论 105

4.1.1 量子计算发展简史 106

4.1.2 量子比特和量子特性 107

4.1.3 量子计算的实现 111

4.2 量子计算模式 114

4.2.1 基于逻辑网络的量子计算模式 114

4.2.2 基于整体控制的量子计算模式 117

4.2.3 绝热量子计算模式 122

4.2.4 One-way量子计算模式 125

4.2.5 使用液体核磁共振技术模拟one-way量子计算 131

参考文献 139

第5章 量子模拟 141

5.1 量子模拟的定义 142

5.2 量子模拟的分类 144

5.2.1 类比量子模拟 144

5.2.2 数字量子模拟 145

5.3 量子模拟可能的物理系统 147

5.3.1 冷原子系统 148

5.3.2 微腔系统 155

5.3.3 离子阱系统 162

5.3.4 核磁共振系统 171

参考文献 186

第6章 量子度量学 188

6.1 量子度量学概况 188

6.2 量子Fisher信息 190

6.2.1 经典Fisher信息 190

6.2.2 量子Fisher信息 191

6.3 Cramér-Rao不等式 198

6.3.1 经典Cramér-Rao不等式 198

6.3.2 量子Cramér-Rao不等式 199

6.4 Mach-Zehnder干涉仪 205

6.4.1 Mach-Zehnder干涉仪简介 205

6.4.2 分束器的变换操作及光子数分布 206

6.4.3 量子态在经过MZI过程中的变换 207

6.4.4 影响量子度量精度的因素 208

参考文献 212

第7章 量子克隆 213

7.1 量子克隆简介 213

7.1.1 量子不可克隆定理 213

7.1.2 量子克隆问题的研究现状 215

7.1.3 量子克隆机的基本概念 217

7.2 纯态量子克隆 222

7.2.1 对称量子克隆 222

7.2.2 非对称量子克隆 228

7.3 混合态量子克隆 232

7.3.1 态依赖混合态量子克隆机 233

7.3.2 最优普适的混合态量子克隆机 239

参考文献 243

第8章 两个常用的物理系统 245

8.1 腔量子电动力学 245

8.1.1 腔量子电动力学简介 245

8.1.2 Jaynes-Cummings模型 247

8.1.3 腔量子电动力学实验系统 253

8.2 金刚石NV色心 258

8.2.1 金刚石中NV色心的研究历史 258

8.2.2 金刚石中NV色心的性质与制备 259

8.2.3 NV色心的研究进展 262

8.2.4 金刚石中NV色心的能级理论研究 268

参考文献 286

附录 希腊字母及其读法 288