基于弱交叉克尔非线性的量子信息处理 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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修晓明，董莉，李微，郑军，刘旭阳 著

图书标签:

• 量子信息
• 非线性光学
• 弱交叉克尔效应
• 量子计算
• 量子通信
• 光子学
• 非线性光子学
• 量子光学
• 物理学
• 信息科学

出版社： 东北大学出版社

ISBN：9787551715829

版次：1

商品编码：12152395

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-05-01

用纸：胶版纸

正文语种：中文

内容简介

　　《基于弱交叉克尔非线性的量子信息处理》研究基于弱交叉克尔非线性的量子信息处理，主要包括四个方面的内容。首先，基于弱交叉克尔非线性效应所实现的量子非破坏宇称分析，《基于弱交叉克尔非线性的量子信息处理》提出了量子密钥分发、量子隐私比对协议，其间考虑了窃听者可能实施的窃听方案以及相应的对策。其次，《基于弱交叉克尔非线性的量子信息处理》构造了两光子、三光子极化比特量子逻辑门：两光子极化比特控制非门、两光子极化比特控制任意相位门以及三光子极化比特Fredkin门。最后，基于两光子极化比特控制相位反转门以及单光子操作，《基于弱交叉克尔非线性的量子信息处理》提出了光子极化纠缠簇态的制备、链接、解链等方案；应用多个纠缠进程模块，《基于弱交叉克尔非线性的量子信息处理》提出了三光子极化比特完美W态的制备方案。上述方案应用弱交叉克尔非线性，而不是强交叉克尔非线性，降低了实验要求。应用前馈技术，纠正错误结果，提高了方案实现的效率。合理化线路布局，简化了方案实现的线路。应用适合的测量方案，增加了方案应用的灵活性。

目录

第一章 量子信息学基础
第一节 量子力学基础
一、量子力学的建立
二、量子力学的基本原理
三、量子测量
四、量子态叠加原理
五、量子不可克隆定理
六、时间演化算符与定态薛定谔方程的解
七、密度算符与密度矩阵
第二节 信息学基础
一、经典信息科学的建立
二、信息量与香农熵
三、冯·诺依曼熵
第三节 量子信息学基本概念
一、量子比特与布洛赫球
二、EPR佯谬、Bell不等式与CHSH不等式
三、薛定谔猫、量子纠缠与量子纠缠态
四、保真度
五、量子逻辑门
六、量子信息学研究进展

第二章 光学交叉克尔非线性
第一节 线性光学方法
第二节 交叉克尔非线性光学方法

第三章 基于弱交叉克尔非线性的量子密钥分发与量子隐私比对
第一节 量子密钥分发协议、量子安全直接通信与量子隐形传态
一、BB84-QKD协议
二、B92-QKD协议
三、EPR-QKD协议：E91-QKD协议与BBM92-QKD协议
四、量子安全直接通信
五、量子隐形传态
第二节 基于弱交叉克尔非线性的非破坏宇称分析与量子密钥分发
一、光子极化贝尔态的安全分发
二、基于宇称分析的光子量子密钥分发协议
三、光子量子密钥分发协议的效率和安全性分析
第三节 基于弱交叉克尔非线性的第三方辅助的两方隐私比对
一、第三方辅助下的光子极化贝尔态的安全分发
二、第三方辅助下的两方量子隐私比对
三、量子隐私比对协议的效率与安全性分析
第四节 本章小结

第四章 基于弱交叉克尔非线性的光子极化比特量子逻辑门
第一节 基于弱交叉克尔非线性的两光子极化比特控制非门
一、两光子极化比特控制非门的构造
二、两光子极化比特控制非门的成功概率
三、退相干效应的影响
第二节 基于弱交叉克尔非线性的两光子极化比特控制相位门
一、两光子极化比特控制相位门的构造
二、两光子极化比特控制相位门的成功概率与可行性分析
第三节 基于弱交叉克尔非线性的三光子极化比特Fredkin门
第四节 本章小结

第五章 基于弱交叉克尔非线性的光子极化纠缠态制备
第一节 基于弱交叉克尔非线性的光子极化纠缠簇态的制备
一、基于单光子叠加态的标准多光子极化纠缠簇态的制备
二、链接标准的多光子极化纠缠簇态
三、标准多光子极化纠缠簇态的解链
第二节 基于弱交叉克尔非线性的三光子极化比特完美W态的制备
一、三光子极化比特完美W态的制备
二、三光子极化比特完美W态制备进程的保真度
第三节 本章小结

《量子之舞：非线性动态与信息涌现》 引言 在信息爆炸的时代，我们对信息处理的需求与日俱增，同时对信息安全和计算效率的追求也达到了前所未有的高度。传统的经典计算模式在处理海量数据、模拟复杂系统以及应对高强度加密等方面已显现出局限性。量子信息科学的兴起，为我们打开了一扇通往全新计算范式的大门。它并非简单地加速经典算法，而是基于量子力学独特的叠加、纠缠和干涉等原理，构建出一种颠覆性的信息处理框架。 然而，要驾驭量子世界的强大力量，我们必须深入理解其内在的物理规律，尤其是量子系统在演化过程中所展现出的非线性动力学特性。本书《量子之舞：非线性动态与信息涌现》正是致力于探索量子信息处理过程中，隐藏在表象之下的非线性动力学机制，并揭示这些机制如何催生出丰富的信息涌现现象，进而为构建更强大、更鲁棒的量子信息技术提供理论指导和实践启示。 第一章：量子世界的非线性之源 本章将从量子力学的基本原理出发，深入剖析量子信息处理中非线性行为的根源。我们并非直接引入复杂的数学模型，而是通过直观的物理图像和类比，帮助读者理解为何量子系统并非总是遵从简单的线性叠加。 从线性叠加到非线性耦合： 量子力学最核心的原理之一是叠加原理，它允许量子比特同时处于0和1的叠加态。然而，当多个量子比特相互作用，或者量子系统与环境发生耦合时，这种简单的线性叠加就会被打破，出现复杂的非线性行为。我们会探讨哪些物理过程会导致这种非线性的出现，例如，某些类型的量子门操作、粒子间的相互作用等。 非线性对量子态的影响： 非线性动力学对量子态的演化有着深远的影响。它可能导致量子态的“涌现”——即在宏观或复杂系统中，涌现出超出简单叠加态描述的、更丰富的结构和模式。例如，非线性相互作用可能导致量子比特之间的关联性增强，形成复杂的纠缠态，这正是量子计算和量子通信的基石。 噪声与退相干的非线性视角： 量子信息系统面临的主要挑战之一是噪声和退相干。本章将尝试用非线性的视角来理解这些影响。退相干并非简单的线性衰减，它往往伴随着非线性的信息丢失过程，并且在某些情况下，特定类型的非线性噪声甚至可能被转化为有利因素，例如在某些量子操控技术中。 经典非线性与量子非线性的区别： 我们也会简要对比经典非线性系统（如混沌系统）与量子非线性系统之间的异同。虽然两者都可能展现出复杂和不可预测的行为，但量子非线性更加深邃，因为它与量子力学的基本叠加和纠缠特性紧密相连，并且在信息处理层面有着独特的应用潜力。 第二章：非线性动力学在量子比特操控中的作用 本章将聚焦于非线性动力学在精确操控量子比特过程中的重要性。量子比特作为量子信息的基本单元，其状态的精确制备、演化和测量是实现量子信息处理的前提。 精确的量子门实现： 量子门是执行量子信息处理的基本逻辑单元，其实现往往依赖于对量子比特施加精确的脉冲序列。在实际操作中，这些脉冲会与量子系统发生复杂的相互作用，这些相互作用往往带有非线性的特征。理解这些非线性效应，有助于设计更鲁棒、更精确的量子门操作，减少误差。例如，在高强度激光驱动的量子比特操作中，非线性效应尤为显著，如何“驯服”这些非线性，使其为我们所用，是关键所在。 解决退相干问题的新思路： 退相干是量子比特信息丢失的主要原因。本章将探讨非线性动力学如何为抵抗退相干提供新的策略。例如，某些非线性驱动或反馈机制，可能能够“隔离”量子比特，使其免受环境噪声的影响，或者在信息丢失发生时，通过特定的非线性过程进行纠错。 量子优越性的非线性驱动： 量子计算的优势很大程度上源于其处理指数级增长的希尔伯特空间的能力。这种能力在很大程度上依赖于能够实现复杂的、非线性的量子态演化。本章将分析非线性动力学是如何帮助我们探索和利用这个庞大的量子状态空间，实现超越经典计算能力的计算任务。 多比特纠缠的非线性生成： 纠缠是量子信息处理的核心资源。本章将讨论非线性相互作用如何在多比特系统中有效地生成和维持复杂的纠缠态。例如，通过精心设计的非线性相互作用，我们可以高效地构建出多粒子纠缠态，这对于实现强大的量子算法至关重要。 第三章：信息涌现与非线性量子系统 本章将深入探讨非线性动力学在量子系统中如何催生出“信息涌现”这一引人入胜的现象。信息涌现是指，在由大量简单单元组成的复杂系统中，会涌现出超出个体单元简单行为的、更高级别的、具有整体性的信息和功能。 从量子比特到量子系统： 当我们将大量量子比特耦合在一起，并让它们在非线性动力学的作用下相互作用时，会发生什么？本章将以系统性的视角来审视这个问题。我们不会停留在单个量子比特的描述，而是关注整体系统的涌现行为。 模式与结构的形成： 非线性动力学是模式和结构形成的强大驱动力。在量子系统中，这意味着可能涌现出具有特定性质的量子态、量子相或量子动力学行为。例如，在某些凝聚态系统中，非线性相互作用会导致自发形成有序的量子结构。 计算能力的涌现： 本章将探讨非线性动力学是否以及如何促进计算能力的涌现。例如，某些高度耦合的、非线性演化的量子系统，可能在未经显式编程的情况下，自动执行某些计算任务，或者展现出某种形式的“自学习”或“自适应”能力。这为探索非传统计算模型提供了可能性。 信息存储与处理的新范式： 非线性动力学驱动的信息涌现，也为信息存储和处理提供了新的思路。例如，将信息编码到涌现出的特定非线性动力学模式中，或者利用这些涌现出的结构作为信息处理的载体，可能比传统的存储方式更加鲁棒和高效。 与复杂科学的联系： 本章还将简要探讨量子信息科学中的信息涌现与更广泛的复杂科学领域（如自组织系统、生命科学等）的联系。量子非线性动力学为理解其他领域的复杂系统提供了独特的视角和工具。 第四章：非线性量子信息技术的前沿应用 本章将展望非线性量子动力学在未来量子信息技术中的具体应用，并探讨其可能带来的突破。 增强型量子传感： 量子传感器利用量子系统的灵敏性来测量微弱的物理量。非线性动力学可以被用来放大量子信号，提高传感器的精度和分辨率。例如，利用非线性效应来增强量子态对外部场的响应，从而实现更高灵敏度的磁场、电场或引力波探测。 高效量子通信： 量子通信面临着信道损耗和噪声的挑战。本章将探讨非线性动力学如何用于增强量子信号的传输，或者实现更安全的量子密钥分发。例如，利用非线性光学过程来产生和操控具有特定量子特性的光子，以实现更远距离、更安全的信息传输。 下一代量子计算架构： 当前的量子计算机仍然面临着可扩展性和错误率的挑战。本章将讨论非线性动力学在设计更具容错性、更易于扩展的量子计算架构中的潜力。例如，某些类型的非线性耦合可能有助于构建出天然具备纠错能力的量子比特阵列。 模拟复杂量子系统： 模拟复杂量子系统是量子计算最令人期待的应用之一。本章将分析非线性动力学如何被利用来构建能够精确模拟其他非线性量子系统的量子模拟器，例如，用于材料科学、化学反应或高能物理研究。 新兴的量子操控技术： 随着我们对非线性动力学理解的深入，新的量子操控技术将不断涌现。本章将介绍一些正在探索中的前沿技术，例如，基于非线性效应的量子态制备、量子态传输以及量子信息读取的新方法。 结论 《量子之舞：非线性动态与信息涌现》并非一本仅仅罗列枯燥公式的学术著作。它试图通过层层深入的分析，揭示量子信息处理背后那些至关重要的非线性动力学规律。我们相信，理解和驾驭这些非线性效应，是解锁量子世界巨大潜力的关键。 本书旨在为量子信息科学的研究者、工程师以及对前沿科技充满好奇的读者，提供一个崭新的视角。通过深入探索量子非线性动力学的奥秘，我们不仅能够更好地理解量子世界的运行机制，更能为构建下一代颠覆性的量子信息技术奠定坚实的基础。这趟探索量子信息涌现之旅，如同欣赏一场精妙绝伦的量子之舞，充满了未知与惊喜，等待我们共同去发掘。

评分☆☆☆☆☆

当我看到这本书时，第一反应是它看起来非常“硬核”。“基于弱交叉克尔非线性的量子信息处理”这个书名，就足以让许多读者望而却步，其中包括我，虽然我对科技的进步充满好奇，但对于量子物理学这种抽象且复杂的学科，我一直保持着一种敬畏之心。我曾经尝试阅读过一些关于量子计算的普及读物，它们向我展示了量子计算的巨大潜力，也让我对其中的一些基本原理，如量子比特、量子门操作等，有了一些模糊的认识。然而，书名中提到的“弱交叉克尔非线性”，对于我来说，简直是另一个层面的挑战。我猜测，这很可能涉及到非常具体的物理现象和数学模型，是那些深入量子光学、凝聚态物理等领域的研究者才能够理解的。我期望这本书，即便我可能无法完全理解其中的所有技术细节，也能够通过其引言或者章节概述，让我对“弱交叉克尔非线性”在量子信息处理中的作用有一个宏观的认识。也许它能解释，为什么这种特殊的非线性现象对于构建高性能的量子设备至关重要，或者它如何解决当前量子信息处理技术所面临的瓶颈。我愿意相信，即使是最艰涩的科学理论，也能找到一种方式，触及那些渴望知识的普通读者的内心。

评分☆☆☆☆☆

在我看来，这本书的气质非常独特。它不像那些市面上流行的科技畅销书，用华丽的辞藻和耸人听闻的预言来吸引眼球，而是散发出一种沉静而扎实的学术氛围。封面上简洁的排版和专业的术语，让我立刻判断出这一定是一本内容严谨、深入的学术著作。我一直对量子信息科学的发展保持着高度关注，虽然我个人的学术背景并不直接涉及量子物理，但我喜欢通过阅读相关的专业书籍来拓展我的知识边界。我曾读过一些关于量子信息基础理论的书籍，它们帮助我理解了量子叠加、量子纠缠这些颠覆性的概念，也让我对量子通信和量子计算的未来应用充满了期待。然而，“弱交叉克尔非线性”这个概念，对我来说是一个全新的领域，它在我脑海中勾勒出一种复杂的物理相互作用图景。我猜想，这本书很可能是在深入研究如何利用这种特殊的非线性光学效应来构建下一代量子信息处理平台，例如，它可能涉及到利用特定的光学材料，在微弱的光场作用下产生显著的非线性响应，从而实现对量子比特的高效操控和信息的高保真度传输。我期待书中能够提供清晰的理论推导和实验证据，让我能够更深入地理解这一前沿领域的技术细节和科学价值。

评分☆☆☆☆☆

最近在书店里偶然翻到了这本书，光是书名就让我产生了极大的兴趣。我一直对现代物理学，尤其是量子理论在信息科学领域的应用有着浓厚的兴趣，虽然我并非该领域的专业研究人员，但我时常会阅读一些相关的科普书籍或者新闻报道。这本书的题目，“基于弱交叉克尔非线性的量子信息处理”，听起来就非常前沿和专业，让我立刻意识到它可能并非一本大众普及读物，而是更侧重于学术研究或者专业技能提升。我联想到之前读过的一些关于量子纠缠、量子叠加等概念的书籍，它们为我打开了了解量子世界的大门，让我惊叹于微观粒子世界的奇妙。而“弱交叉克尔非线性”这个具体的技术术语，对我来说是一个全新的概念，它激发了我深入了解的动力。我设想，这本书很可能是在探讨如何利用一种特定的非线性光学效应——弱交叉克尔非线性——来构建更高效、更鲁棒的量子信息处理系统。这其中可能涉及到量子比特的编码、操控、测量，以及如何克服量子退相干等关键问题。我希望书中能够解释清楚，这种“弱交叉克尔非线性”究竟是什么，它有什么特别的优势，以及它如何在实际的量子信息处理设备中得到应用。我承认，即使是初步的理解，也需要花费不少精力，但我相信，对于任何对量子技术抱有热情的读者来说，这本书都将是一次难得的学习机会。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名，听起来就有一种“直击灵魂”的震撼力，仿佛它直接揭示了未来信息技术发展的某个核心秘密。我不是物理学专业的学生，但对量子世界的奥秘一直保持着强烈的好奇心，并且时常会关注一些关于量子计算、量子通信的最新动态。我读过一些介绍量子力学基本原理的科普读物，它们让我对量子世界那种“不可思议”的特性有了初步的认识，比如量子叠加和量子纠缠，以及它们在信息处理方面可能带来的革命性变革。然而，“弱交叉克尔非线性”这个术语，对我而言，是一个完全陌生的概念，它让我感觉这本书的深度远远超出了我现有的知识范围。我猜想，这本书很可能是在探讨一种非常精密的物理机制，通过利用一种特定的“弱交叉克尔非线性”效应，来实现高效、低损耗的量子信息处理。我好奇书中会如何解释这种非线性效应的物理本质，它为何“弱”却又为何重要，以及它如何在实际的量子芯片或量子器件中发挥作用，从而超越现有的经典信息处理技术。即使我可能无法完全理解其中的数学公式和物理推导，但我相信，这本书能够为我提供一个关于量子信息处理前沿研究的独特视角，让我窥见那些驱动未来科技发展的关键技术原理。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计给我留下了深刻的印象，它散发着一种深邃而迷人的气息，仿佛直接将人拉入了神秘的量子世界。封面上那交织的光束和抽象的几何图形，隐约暗示着某种精妙的数学结构和物理原理在其中扮演着至关重要的角色。我很难不被它所吸引，立刻联想到那些我曾读过的关于量子力学入门读物，虽然它们的风格更为科普，但对于量子世界那种既遵循确定性规律又充满概率性的奇妙之处，我一直保持着极大的好奇。这本书的名字，“基于弱交叉克尔非线性的量子信息处理”，听起来就充满挑战性，尤其是“弱交叉克尔非线性”这个词组，它在我的知识储备中几乎是空白的，这让我既感到一丝畏惧，又涌起了强烈的探索欲望。我猜想，这很可能是一本深入探讨量子计算、量子通信或者量子测量等领域前沿研究的专著，而“弱交叉克尔非线性”可能是一种特殊的量子光学现象或材料特性，它为实现更高效、更稳定的量子信息处理提供了新的途径。我期待书中能用清晰易懂的语言，哪怕是牺牲一些严谨性，为我这样的非专业读者勾勒出一个大致的图景，让我能够窥探到这个复杂概念的冰山一角，并理解它在整个量子信息处理体系中的独特价值和应用前景。