量子係統控製理論與方法/“十二五”國傢重點圖書齣版規劃項目·中國科學技術大學精品教材 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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叢爽，匡森 著

圖書標籤:

• 量子控製
• 量子係統
• 控製理論
• 現代控製
• 物理學
• 數學物理
• 中國科學技術大學
• 精品教材
• 十二五規劃
• 係統工程

齣版社： 中國科學技術大學齣版社

ISBN：9787312031984

版次：1

商品編碼：11315844

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2013-08-01

用紙：膠版紙

頁數：481

字數：774000

正文語種：中文

內容簡介

　　《量子係統控製理論與方法/“十二五”國傢重點圖書齣版規劃項目·中國科學技術大學精品教材》從量子係統狀態與Bloch球的幾何關係以及二階含時量子係統狀態演化的一種求解方法人手，分彆對封閉和開放量子係統的控製理論與方法的原理、性能分析、控製律設計、係統仿真實驗及其結果分析進行瞭係統深入的介紹，在封閉量子係統的控製理論與方法中，主要內容包括：基於Krotov法的量子最優控製、改進的量子最優控製方法、基於最優搜索步長的量子控製、平均最優控製在量子係統中的應用、自鏇1／2粒子係統的相位相乾控製、高維自鏇1／2係統布居數轉移的控製等；在基於李雅普諾夫穩定定理的量子係統控製理論中，分彆介紹瞭基於距離、偏差和虛擬力學量均值的李雅普諾夫控製方法，並且分彆針對本徵態製備和一般態轉移的控製方法進行瞭專門的介紹；在基於李雅普諾夫量子係統控製理論的收斂性分析方麵，分彆就理想條件與退化情況進行瞭收斂的李雅普諾夫控製的具體設計與收斂性證明；在開放量子係統的控製理論與方法中，分彆給齣瞭糾纏態的探測與製備、布居數轉移、純度保持、耗散補償的理論與方法，有關開放量子係統控製理論與方法的主要內容包括：無消相乾子空間中量子態的控製與保持和動力學解耦量子控製方法。
　　《量子係統控製理論與方法/“十二五”國傢重點圖書齣版規劃項目·中國科學技術大學精品教材》還對量子係統的跟蹤控製理論進行瞭專門的討論。
　　《量子係統控製理論與方法/“十二五”國傢重點圖書齣版規劃項目·中國科學技術大學精品教材》可以作為控製科學與工程領域中有關量子控製理論與方法的研究生教材，也可以作為量子物理化學、量子信息與通信以及對量子係統控製感興趣的電子、力學工程、應用數學、計算科學等領域中的研究生和科研人員的參考書籍。

內頁插圖

目錄

總序
前言

第1章 概論
1.1 量子係統控製的發展狀況
1.2 量子分子動力學中的操縱技術及其係統控製理論
1.2.1 量子分子動力學的操縱技術
1.2.2 激光脈衝成型操縱技術
1.2.3 波包泵浦一當浦方案
1.2.4 量子分子動力學的控製理論
1.2.5 係統幺正演化矩陣的控製
1.2.6 幾何控製
1.2.7 量子最優控製理論
1.2.8 基於李雅普諾夫穩定性理論的量子控製方法
1.3 量子係統中狀態估計方法
1.3.1 量子係統狀態估計的背景
1.3.2 基於測量全同復本係統的量子狀態估計方法
1.3.3 基於係統論觀點的量子狀態重構方法
1.4 開放量子係統消相乾控製研究進展
1.4.1 量子係統中的消相乾現象
1.4.2 抑製消相乾的控製策略
1.5 開放量子係統量子態相乾保持的控製策略
1.5.1 編碼方法
1.5.2 量子動力學解耦
1.5.3 最優控製法
1.5.4 相乾控製法
1.5.5 反饋控製法
1.5.6 復閤控製
1.6 本書內容安排

第2章 量子係統模型的求解與分析
2.1 量子係統狀態與Bloch球的幾何關係
2.1.1 純態與Bloch矢量的對應關係
2.1.2 混閤態的Bloch球幾何錶示
2.1.3 小結
2.2 純態與混閤態的幾何代數分析
2.2.1 純態的幾何代數錶示方法
2.2.2 混閤態的幾何代數錶示方法
2.2.3 幾何代數錶示方法與Bloch矢量的對應關係
2.3 二階含時量子係統狀態演化的一種求解方法
2.3.1 時變係統矩陣的一般分析
2.3.2 時變係統矩陣的變換
2.3.3 基於係統矩陣本徵值和本徵態的簡化運算
2.3.4 應用舉例
2.4 基於Bloch球的量子係統軌跡控製
2.4.1 單量子比特的Bloch球錶示
2.4.2 單自鏇1／2粒子的控製
2.4.3 數值仿真實驗及其結果分析

第3章 封閉量子係統的控製方法
3.1 基於Krotov法的量子最優控製
3.1.1 量子係統中的最優控製方法
3.1.2 改進的量子最優控製方法
3.1.3 Krotov最優控製設計方法
3.1.4 數值仿真實驗及其性能分析
3.2 基於最優搜索步長的量子控製
3.2.1 最優控製律的求解
3.2.2 自鏇1／2粒子係統的應用實例
3.3 平均最優控製在量子係統中的應用
3.3.1 利用平均方法進行最優控製
3.3.2 控製器的設計
3.3.3 數值仿真實驗及其結果分析
3.3.4 小結
3.4 自鏇1／2粒子係統的相位相乾控製
3.4.1 相乾態的製備
3.4.2 數值仿真實驗及其結果分析
3.4.3 小結
3.5 高維自鏇1／2係統布居數轉移的控製
3.5.1 控製脈衝與係統哈密頓量的關係
……

第4章 基於李雅普諾夫的量子係統控製理論：本徵態製備
第5章 基於李雅普諾夫的量子係統控製理論：一般態轉移
第6章 基於李雅普諾夫量子係統控製理論：收斂性分析
第7章 退化情況下的李雅普諾夫控製方法
第8章 糾纏態的探測與製備
第9章 開放量子係統的模型
第10章 開放量子係統狀態調控
第11章 無消相乾子空間中量子態的控製與保持
第12章 動力學解耦量子控製方法
第13章 量子係統的跟蹤控製
第14章 量子係統控製的應用

前言/序言

現代控製理論基礎與前沿：復雜係統動態行為的精準駕馭 本書聚焦於現代控製理論在處理復雜係統時所麵臨的挑戰與前沿解決方案，涵蓋瞭從經典控製理論的深入理解到非綫性、自適應、魯棒控製等先進技術，旨在為讀者提供一套全麵而係統的控製科學知識體係。 第一部分：控製係統的基礎理論與建模 本部分將係統地迴顧和深化控製理論的基石，為後續復雜係統的分析打下堅實的基礎。 第一章：綫性係統理論的再審視與拓展 本章從狀態空間方法的角度重新審視綫性定常（LTI）和綫性時變（LTV）係統的基本性質。重點探討係統的能控性、可觀測性及其在狀態反饋與觀測器設計中的核心作用。此外，將深入分析多輸入多輸齣（MIMO）係統的解耦控製、零極點分配技術，並引入奇異值分解（SVD）在分析係統帶寬和控製性能極限方麵的應用。對於時滯係統（Time-Delay Systems），將介紹基於無窮維狀態空間的分析方法，以及如保最大範數（H-infinity）方法在處理時滯魯棒性問題中的初步應用。 第二章：非綫性係統的建模與分析 麵對工程實踐中普遍存在的非綫性現象，本章係統闡述瞭對非綫性係統進行精確建模的必要性。內容包括基於物理規律的建模方法（如歐拉-拉格朗日方程、哈密頓係統），以及實驗數據驅動的建模技術（如泰勒級數展開、Volterra級數）。在定性分析方麵，本章詳細講解瞭相平麵法（Phase Plane Analysis）在二階係統中的應用，並深入探討李雅普諾夫（Lyapunov）穩定性理論在非綫性係統全局和局部穩定性判據確定中的核心地位，包括直接法和間接法的具體實施步驟。對於周期性非綫性係統，將引入小幅度擾動下的平均場理論（Averaging Method）和泛函微分方程的穩定性分析。 第三章：係統辨識與參數估計 本部分側重於如何從實驗數據中獲取係統的精確數學模型。內容涵蓋參數化模型（如ARX、ARMAX、BJ模型）的結構選擇與辨識算法。重點講解最小二乘（Least Squares）估計及其在迭代形式下的應用。隨後，引入更具魯棒性的最大似然（Maximum Likelihood, ML）估計方法，並對比其在噪聲環境下的估計精度和效率。對於模型的結構辨識問題，將討論基於信息準則（如AIC、BIC）的選擇策略。最後，介紹子空間辨識（Subspace Identification）方法，該方法尤其適用於高維、多輸入多輸齣係統的辨識，有效避免瞭傳統方法中參數冗餘和模型結構設定的睏難。 第二部分：先進控製策略的設計與實現 本部分將重點介紹用於應對不確定性、外部擾動和係統結構變化的現代控製設計技術。 第四章：魯棒控製理論：H∞與滑模控製 魯棒性是現代工程係統的核心要求。本章首先深入剖析H∞控製理論，從描述符係統（Descriptor Systems）齣發，推導齣黎卡提方程（Riccati Equations）求解最優加權範數控製器的方法。重點討論如何通過選擇閤適的權重函數來平衡性能與魯棒性。隨後，本章轉嚮非綫性控製中應用廣泛的滑模控製（Sliding Mode Control, SMC）。詳細闡述瞭SMC的設計原理，包括如何構造滑模麵（Switching Surface）以保證係統動態行為的期望特性。同時，深入分析SMC固有的抖振（Chattering）現象，並介紹如邊界層方法、高階滑模（Higher-Order SMC, HOSM）等削弱抖振的技術。 第五章：自適應控製：在綫學習與參數跟蹤 當係統的參數或動態特性隨時間變化時，自適應控製成為必需。本章從間接自適應控製（Indirect Adaptive Control）和直接自適應控製（Direct Adaptive Control）兩大類齣發，係統介紹基於模型的自適應方案。重點講解基於誤差模型的參數估計（如基於梯度下降的自適應律）和基於輸齣跟蹤的自適應律。對於參數辨識不精確的係統，將介紹基於模型的參考自適應控製（Model Reference Adaptive Control, MRAC）的構架，特彆是Sliding Mode Adaptive Control（SMAC）在保證穩定性和收斂性方麵的優勢。本章還將探討具有外部擾動抑製能力的魯棒自適應控製。 第六章：優化控製與模型預測控製（MPC） 優化控製關注在滿足係統約束條件下實現性能指標的最優化。本章從變分法和龐特裏亞金最小原理（Pontryagin's Minimum Principle）齣發，推導最優控製的必要條件。隨後，重點轉嚮計算效率更高的模型預測控製（MPC）。詳細講解MPC的滾動優化原理、約束處理機製（如不等式約束的處理）以及綫性/非綫性MPC（LMPC/NMPC）的求解流程。本章將通過算例展示如何利用MPC實現對輸入和狀態約束的實時管理，尤其在能源係統和過程控製中的應用潛力。 第三部分：復雜係統的先進控製範式 本部分麵嚮前沿和交叉學科應用，探討處理高度復雜、大規模係統的最新方法。 第七章：網絡化控製係統（NCS）的理論挑戰 隨著物聯網和分布式計算的發展，控製係統正逐漸嚮網絡化演進。本章分析網絡延遲、丟包和帶寬限製對閉環係統穩定性和性能的影響。重點探討基於離散時間模型的網絡化控製設計，如采樣控製的設計準則。對於有限通信帶寬下的係統，本章將介紹事件觸發控製（Event-Triggered Control）的設計，旨在最小化通信頻率，節省帶寬，同時保持性能。係統穩定性分析將側重於Lyapunov-Krasovskii泛函在處理網絡不確定性下的應用。 第八章：模糊邏輯與神經網絡在控製中的集成 本章探討如何利用人工智能的優勢來處理那些難以建立精確數學模型的復雜係統。模糊邏輯控製（Fuzzy Logic Control, FLC）部分將詳細介紹模糊化的過程、模糊推理機和去模糊化的方法，尤其關注如何利用專傢經驗構建高效的模糊規則庫。神經網絡控製部分將側重於反嚮傳播（Backpropagation）算法的應用，包括使用神經網絡作為在綫辨識器、非綫性控製器或作為Lyapunov函數替代品進行穩定性分析。本章將通過混閤控製係統（Hybrid Control Systems）的案例，展示模糊/神經網絡方法如何與傳統控製方法有機結閤。 第九章：分布式與多智能體係統控製 對於大規模、空間分布式的係統（如無人機集群、智能電網），分布式控製是必然選擇。本章基於圖論（Graph Theory）分析多智能體係統的通信拓撲結構。重點介紹基於一緻性（Consensus）協議的設計，使智能體能夠收斂到某個共同的值（如位置、速度或狀態估計）。本章還將探討分布式優化算法（Distributed Optimization）在多智能體係統協同任務規劃中的應用，以及在存在通信受限情況下的分布式狀態估計問題。 --- 本書通過對上述九個核心領域的深入剖析，旨在為控製科學領域的研究生和高年級本科生，以及從事復雜係統設計與優化的工程技術人員，提供一套既具有深厚理論基礎，又緊跟工程前沿的綜閤性知識框架。每一章節都力求理論的嚴謹性與工程實現的可操作性相結閤。

評分☆☆☆☆☆

評價五 這本《量子係統控製理論與方法》給我留下瞭極其深刻的印象。它不僅僅是一本教科書，更像是一扇通往未知世界的窗口。書中的內容深入淺齣，盡管涉及大量前沿的量子物理和控製論知識，但編著者們巧妙地將抽象的概念具象化，並通過清晰的圖例和示例進行輔助說明，使得即使是初學者也能從中領略到量子控製的魅力。我特彆欣賞書中對於量子態製備和量子信息傳輸的控製策略的介紹，這部分內容讓我對如何精確操控微觀粒子有瞭全新的認識。書中的語言既嚴謹又不失生動，讓我能夠沉浸在知識的海洋中，不知不覺地吸收和理解。這本書的齣版，是中國科學技術大學在量子科學領域貢獻的又一力作，它為國內量子信息科學的教育和研究注入瞭新的活力，也為培養下一代量子科技人纔提供瞭重要的資源。我非常期待未來能夠將書中的理論知識應用到實際的實驗研究中，去探索更多未知的量子現象。

評分☆☆☆☆☆

評價一 拿到這本《量子係統控製理論與方法》的時候，我就被它厚重的質感和嚴謹的封麵設計所吸引。作為一名初入量子計算領域的學生，我深知掌握紮實的理論基礎是多麼重要。雖然我還沒有深入研讀，但僅從目錄和前言的瀏覽，就能感受到編著者們的良苦用心。那些密密麻麻的公式和符號，雖然一開始有些令人生畏，但也預示著本書將帶領我進入一個充滿挑戰和機遇的知識殿堂。我特彆期待其中關於量子態操控和量子糾纏控製的章節，這正是我目前學習和研究的重點。書中引用的“十二五”國傢重點圖書齣版規劃項目的標誌，更是讓我對本書的學術價值和權威性充滿瞭信心，相信它一定會成為我學習道路上的重要指引。這本書的齣版，對於國內量子信息科學的發展無疑是一劑強心針，它填補瞭相關領域教材的空白，也為廣大師生提供瞭一個係統學習量子控製的優質平颱。我迫不及待地想在接下來的日子裏，逐字逐句地啃下這本書，將理論知識內化為自己的理解，為未來的科研工作打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

評價二 這是一本讓我又愛又恨的書。說它“愛”，是因為它所涵蓋的內容之深邃、之前沿，讓我看到瞭量子世界的無限可能。特彆是關於量子態演化方程和最優控製算法的論述，堪稱經典。我曾嘗試著去理解其中一些復雜的推導過程，雖然耗費瞭我大量的時間和精力，但當豁然開朗的那一刻，那種智識上的滿足感是無與倫比的。書中的圖示清晰明瞭，有助於可視化抽象的量子現象，這是我非常欣賞的一點。然而，說它“恨”，是因為它對初學者的友好度確實還有提升的空間。某些概念的引入略顯突兀，如果能有更詳盡的背景介紹和循序漸進的鋪墊，相信會更容易被接受。但話又說迴來，也許正是這種挑戰性，纔能真正激發學習者的潛力。這本書無疑是量子控製領域的力作，它係統地梳理瞭該領域的理論框架和研究方法，為科研人員提供瞭寶貴的參考。作為一名研究人員，我深知掌握這些先進的控製技術對於實現更復雜的量子計算和量子通信任務至關重要，而這本書正是滿足瞭這一需求。

評分☆☆☆☆☆

評價四 我是一名有一定量子力學基礎的研究生，在導師的推薦下購入此書，目的是想係統性地學習量子係統的控製理論。這本書的編排結構非常閤理，從基礎概念的引入，到復雜算法的推演，再到實際應用的探討，層層遞進，邏輯清晰。書中對量子態演化、量子操控技術、量子反饋控製等核心內容的闡述十分詳盡，引用瞭大量最新的研究成果和經典的理論模型。我尤其喜歡書中對一些關鍵算法的詳細推導過程，這有助於我深入理解其背後的數學原理和物理意義。此外，書中包含的豐富的參考文獻，也為我進一步查閱相關文獻提供瞭極大的便利。作為“十二五”國傢重點圖書齣版規劃項目的一部分，這本書的學術嚴謹性和前沿性毋庸置疑。它不僅是學習量子控製理論的優秀教材，也是研究人員進行學術交流和成果發錶的重要參考。我已經將其中幾個章節的學習列入瞭我近期的研究計劃，相信這本書將為我的研究提供堅實的理論支撐。

評分☆☆☆☆☆

評價三 作為一個對量子物理充滿好奇的愛好者，我購買瞭這本《量子係統控製理論與方法》。雖然我並非專業研究人員，但我被書名所吸引，希望藉此機會深入瞭解量子世界的奧秘。這本書的語言風格非常學術化，充滿著專業的術語和復雜的數學公式。閱讀過程對我來說是一項不小的挑戰，許多概念我都需要藉助其他資料進行補充學習。然而，正是這種深入的探索讓我對量子係統有瞭更深刻的認識，也對控製理論在量子領域的應用産生瞭濃厚的興趣。我尤其對書中關於量子態的測量和糾正方法的部分感到著迷，這些技術仿佛是現實世界中的“魔法”，能夠精確地操控微觀粒子。這本書的齣版，我認為對於推動我國在量子科技領域的教育和研究具有裏程碑式的意義。它為有誌於投身量子科學的學生和研究者提供瞭一套係統的學習路徑，相信未來會有更多的年輕人因此而愛上量子科學，並為之貢獻力量。