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量子克隆及其應用（簡體書）
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商品簡介
序
目次
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對未知量子態進行復制有兩種方法。第一種可以確定性地得到拷貝，但是拷貝與需要復制的未知量子態不完全相同，只是在一定程度上近似，這稱為確定性量子克隆。第二種可以得到與未知量子態完全相同的拷貝，但是得到的方式是概率性的，這稱為概率量子克隆。《量子克隆及其應用》主要介紹量子克隆理論，核心內容包括離散變量確定性量子克隆、離散變量概率量子克隆、連續變量量子克隆，以及不同類型量子克隆的實驗方案和實驗實現等；同時，還介紹了量子克隆理論在量子信息學中的一些應用，如量子密碼術、量子態分辨和量子態估測等。
序
量子信息學是量子力學與信息科學相結合的產物，是以量子力學的疊加原理為基礎，研究信息處理的一門新興前沿科學，量子不可克隆定理是量子態疊加原理的一個具體表現，這與經典復制有本質的區別。由於任意量子態不可精確地復制，因此以量子態作為量子密碼術中的量子密鑰不可能被竊聽者獲取，這從物理原理上保證了量子密碼術的絕對安全性。
2005年底，我國將量子調控列為《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》中四項重大科學研究計劃之一。2016年啟動的國家重點研發計劃把“量子調控與量子信息”列為首批九大重點研發專項之一，在此領域，我國與西方國家在同一起跑在線，而且在某些方面的研究擁有世界領先的成就和地位。2013年“京滬幹線”量子通信工程立項，2016年上海至合肥段開通，2017年全網正式開通，推動量子通信技術在金融、政務、國防、電子信息等領域的大規模應用。2018年，中國科學院與奧地利科學院合作，利用“墨子號”量子科學實驗衛星首次實現洲際量子密鑰分發，並利用共享密鑰實現加密數據傳輸和視頻通信，該成果標志著“墨子號”已具備實現洲際量子保密通信的能力，為未來構建全球化量子通信網絡奠定了堅實基礎。
未知量子態不可精確復制，但在一定程度上可以通過物理原理所允許的方法獲取未知量子態的信息。因此，竊聽者在一定程度上可以獲取量子密鑰的信息，為了能夠檢測竊聽者的存在，量子克隆為量子密碼術提供了安全性閾值。當量子密鑰出錯率達到竊聽者利用量子克隆復制量子密鑰的某個閾值以上時，量子通信就終止。
對未知量子態進行復制有兩種方法。第一種可以確定性地得到拷貝，但是拷貝與需要復制的未知量子態不完全相同，只是在一定程度上近似，這稱為確定性量子克隆。第二種可以得到與未知量子態完全相同的拷貝，但是得到的方式是概率性的，這稱為概率量子克隆。本書主要介紹量子克隆理論，核心內容包括離散變量確定性量子克隆、離散變量概率量子克隆、連續變量量子克隆，以及不同類型量子克隆的實驗方案和實驗實現等；同時，還介紹了量子克隆理論在量子信息學中的一些應用，如量子密碼術、量子態分辨和量子態估測等。
此外，從量子力學的角度如何最大限度獲取未知量子系統的信息，是一個在理論和實踐上都有意義的基本問題，這個基本問題是量子克隆的研究內容。
本書是量子克隆理論研究的入門書籍，希望對研究或學習量子力學和量子信息學的廣大科研人員、研究生和高年級本科生能起到重要的幫助作用。
2005年底，我國將量子調控列為《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》中四項重大科學研究計劃之一。2016年啟動的國家重點研發計劃把“量子調控與量子信息”列為首批九大重點研發專項之一，在此領域，我國與西方國家在同一起跑在線，而且在某些方面的研究擁有世界領先的成就和地位。2013年“京滬幹線”量子通信工程立項，2016年上海至合肥段開通，2017年全網正式開通，推動量子通信技術在金融、政務、國防、電子信息等領域的大規模應用。2018年，中國科學院與奧地利科學院合作，利用“墨子號”量子科學實驗衛星首次實現洲際量子密鑰分發，並利用共享密鑰實現加密數據傳輸和視頻通信，該成果標志著“墨子號”已具備實現洲際量子保密通信的能力，為未來構建全球化量子通信網絡奠定了堅實基礎。
未知量子態不可精確復制，但在一定程度上可以通過物理原理所允許的方法獲取未知量子態的信息。因此，竊聽者在一定程度上可以獲取量子密鑰的信息，為了能夠檢測竊聽者的存在，量子克隆為量子密碼術提供了安全性閾值。當量子密鑰出錯率達到竊聽者利用量子克隆復制量子密鑰的某個閾值以上時，量子通信就終止。
對未知量子態進行復制有兩種方法。第一種可以確定性地得到拷貝，但是拷貝與需要復制的未知量子態不完全相同，只是在一定程度上近似，這稱為確定性量子克隆。第二種可以得到與未知量子態完全相同的拷貝，但是得到的方式是概率性的，這稱為概率量子克隆。本書主要介紹量子克隆理論，核心內容包括離散變量確定性量子克隆、離散變量概率量子克隆、連續變量量子克隆，以及不同類型量子克隆的實驗方案和實驗實現等；同時，還介紹了量子克隆理論在量子信息學中的一些應用，如量子密碼術、量子態分辨和量子態估測等。
此外，從量子力學的角度如何最大限度獲取未知量子系統的信息，是一個在理論和實踐上都有意義的基本問題，這個基本問題是量子克隆的研究內容。
本書是量子克隆理論研究的入門書籍，希望對研究或學習量子力學和量子信息學的廣大科研人員、研究生和高年級本科生能起到重要的幫助作用。
目次
第1章 量子信息學基礎
1．1 狀態空間和狄拉克表示法
1．1．1 狀態空間
1．1．2 狄拉克表示法
1．2 直積態和糾纏態
1．2．1 直積態
1．2．2 糾纏態
1．3 外積和密度矩陣
1．3．1 外積
1．3．2 密度矩陣
1．4 跡、完備性和分跡
1．4．1 跡
1．4．2 完備性
1．4．3 分跡
1．5 保真度
1．5．1 拷貝的保真度
1．5．2 兩個算符距離的比較
1．6 量子疊加原理和量子不可克隆定理
1．6．1 量子疊加原理
1．6．2 量子不可克隆定理
1．7 量子態演化和量子門
1．7．1 量子態演化
1．7．2 量子門
1．8 量子測量
1．8．1 量子測量假設
1．8．2 von Neumann測量
1．8．3 廣義測量
1．8．4 平方根測量
1．9 光子偏振的量子性
1．9．1 光子的偏振
1．9．2 偏振的量子性
參考文獻
第2章 離散變量量子克隆
2．1 單量子純態的量子克隆
2．1．1 普適量子克隆
2．1．2 相位協變量子克隆
2．1．3 實數態量子克隆
2．2 普適量子克隆
2．2．1 二維空間對稱性多拷貝普適量子克隆
2．2．2 多維空間對稱性兩拷貝普適量子克隆
2．2．3 最優非對稱性普適量子克隆
2．3 相位協變量子克隆
2．3．1 二維空間最優對稱性相位協變量子克隆
2．3．2 三維空間最優對稱性相位協變量子克隆
2．3．3 多維空間最優對稱性相位協變量子克隆
2．3．4 非對稱性相位協變量子克隆
2．3．5 一般對稱性相位協變量子克隆
2．4 實數態量子克隆
2．4．1 多維空間對稱性實數態量子克隆
2．4．2 多維空間非對稱性實數態量子克隆
……
第3章 其他類型的離散變量量子克隆
第4章 概率量子克隆
第5章 連續變量量子克隆
第6章 量子克隆實驗方案與實驗實現
第7章 量子克隆應用
1．1 狀態空間和狄拉克表示法
1．1．1 狀態空間
1．1．2 狄拉克表示法
1．2 直積態和糾纏態
1．2．1 直積態
1．2．2 糾纏態
1．3 外積和密度矩陣
1．3．1 外積
1．3．2 密度矩陣
1．4 跡、完備性和分跡
1．4．1 跡
1．4．2 完備性
1．4．3 分跡
1．5 保真度
1．5．1 拷貝的保真度
1．5．2 兩個算符距離的比較
1．6 量子疊加原理和量子不可克隆定理
1．6．1 量子疊加原理
1．6．2 量子不可克隆定理
1．7 量子態演化和量子門
1．7．1 量子態演化
1．7．2 量子門
1．8 量子測量
1．8．1 量子測量假設
1．8．2 von Neumann測量
1．8．3 廣義測量
1．8．4 平方根測量
1．9 光子偏振的量子性
1．9．1 光子的偏振
1．9．2 偏振的量子性
參考文獻
第2章 離散變量量子克隆
2．1 單量子純態的量子克隆
2．1．1 普適量子克隆
2．1．2 相位協變量子克隆
2．1．3 實數態量子克隆
2．2 普適量子克隆
2．2．1 二維空間對稱性多拷貝普適量子克隆
2．2．2 多維空間對稱性兩拷貝普適量子克隆
2．2．3 最優非對稱性普適量子克隆
2．3 相位協變量子克隆
2．3．1 二維空間最優對稱性相位協變量子克隆
2．3．2 三維空間最優對稱性相位協變量子克隆
2．3．3 多維空間最優對稱性相位協變量子克隆
2．3．4 非對稱性相位協變量子克隆
2．3．5 一般對稱性相位協變量子克隆
2．4 實數態量子克隆
2．4．1 多維空間對稱性實數態量子克隆
2．4．2 多維空間非對稱性實數態量子克隆
……
第3章 其他類型的離散變量量子克隆
第4章 概率量子克隆
第5章 連續變量量子克隆
第6章 量子克隆實驗方案與實驗實現
第7章 量子克隆應用
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