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| 內容簡介： |
本书共分4章。第1章从量子系统的基本概念出发，引出量子系统状态的描述，量子态演化、测量及量子系统复合所遵循的规则。它们对应量子力学的4个基本假设，是量子线路的基础。第2章以量子门为核心介绍量子线路的要素，重点介绍量子线路中常用的单比特量子门、双比特量子门、三比特量子门、多比特量子门、量子线及量子测量的描述符号和属性。通过简单量子线路讨论可逆性、叠加性、纠缠性、不可克隆性及量子线路等效，通过可逆性介绍Landauer原理。第3章介绍量子线路分析方法，重点介绍矩阵分析法、矩阵表分析法、状态演化分析法、二叉决策图分析法及仿真分析法。第4章介绍通信量子线路，重点介绍量子隐形传态、量子超密编码、量子纠缠交换、BB84量子密钥分配、B92量子密钥分配等通信量子线路。
本书可作为量子信息、电子信息、计算机类高年级本科生或研究生32学时教学用教材，也可作为相关专业技术人员培训或自学用参考书。
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| 目錄：
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第1章 基本概念 1
1.1 引言 1
1.2 量子系统 2
1.3 小结 22
习题 22
第2章 量子线路基础 26
2.1 量子门 26
2.2 测量 59
2.3 量子线与量子线路 60
2.4 简单量子线路 63
2.5 量子线路等效 76
2.6 单比特量子门的旋转分解 91
2.7 量子黑箱 95
2.8 小结 98
习题 98
第3章 量子线路分析方法 104
3.1 矩阵分析法 104
3.2 矩阵表分析法 116
3.3 状态演化分析法 120
3.4 二叉决策图分析法 127
3.5 仿真分析法 132
3.6 小结 173
习题 174
第4章 通信量子线路 179
4.1 量子隐形传态 179
4.2 量子超密编码 184
4.3 量子纠缠交换 193
4.4 BB84量子密钥分配 198
4.5 B92量子密钥分配 218
4.6 小结 229
习题 230
参考文献 231
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| 內容試閱：
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1687年牛顿的《自然哲学之数学原理》一书成为此后200多年解释自然现象的经典理论。20世纪初，人们在解释某些自然现象时发现牛顿体系似乎不再那么好用了，甚至是错误的。
在探索更好理论过程中诞生了20世纪的两项最伟大的科学成就，即相对论和量子力学，最终导致1947年晶体管的诞生。1959年人类制造出了第一块集成电路，从此微电子技术进入飞速发展时期。1965 年 G. Moore 提出了著名的摩尔定律，即集成电路上可容纳的晶体管数目大约每两年增加一倍。此后几十年的发展证明了该定律的正确性，但现在人们有充分理由怀疑该定律在不久的将来是否还会有效。
经典系统是基于对包含大量微观粒子的批量控制实现的。随着器件越来越小，制造尺度将达到原子级的纳米水平。当制造工艺达到纳米级水平时，摩尔定律最终将失效，单量子调控技术给物理学家和工程师带来巨大挑战。
20世纪70年代的原子阱和扫描隧道显微镜对单个量子控制的成功给人类带来了巨大希望，基于量子理论的量子调控技术应运而生。随着小规模量子计算和量子密码实验的成功，量子信息技术变得越来越现实。量子信息技术将是未来科技的制高点。
量子信息时代正一步步向我们走来，跟上科技发展的步伐，掌握先进的量子技术无疑会使我们更加充满信心地迎接量子时代的到来。
本书采用类似研究经典系统的电路模型的方法，将量子线路作为研究量子系统的工具。
经典比特用于描述经典系统的状态，量子比特用于描述量子系统的状态。经典比特经过经典系统的处理得到新的经典系统的状态。量子比特经过量子系统的处理可以得到新的量子系统的状态，这个过程称为量子态的演化。
量子比特的描述及其演化必须符合量子系统的物理规律。量子力学的基本假设给出了量子系统遵循的物理规律。
一些经典系统理论多有对应的量子版的量子理论，学习过经典系统的读者可十分容易地进入量子系统理论，本书采用了比对方式介绍量子线路。
量子系统具有经典系统不具备的大量资源，比如可逆性、叠加性、纠缠性、不可克隆性等。这些资源对于熟悉经典系统的读者来说可能是反直观的、难以置信的，但这些确实是量子系统具有的，能被大量实验证实的，并且还未发现有实验能否定其正确的资源。培养量子的思考方式对理解量子系统十分重要。特有的量子资源使量子系统能实现经典系统无可比拟的强大功能，这也是人们将其视为科技发展方向的原因所在。
本书面向量子信息、电子信息、计算机类读者，不以量子力学作为阅读本书的必要前提，涉及相关内容时简要介绍了有关数学与物理知识，不进行系统深入的讨论，做到浅显易懂。
阅读本书需要具备的主要背景知识包括线性代数、数字逻辑。对于数学方面的相关知识，为了避免抽象的叙述，未采用集中、系统的介绍，而将重点放在物理概念、分析与设计方法和数学知识的应用上。读者如需要系统地了解相关数学及物理知识，可阅读相关参考文献。
本书每章开头附有导读（二维码），简要介绍辅助阅读文献。本书每章后设计了习题，完成这些习题有利于读者更好地理解本书内容。
本书介绍了一款基于MATLAB平台的QCircuit仿真软件，可用于小规模量子线路仿真分析；还介绍了一款用于量子线路仿真分析的QCLab专业软件，该软件用C 语言编写了核心仿真引擎，用VC 平台编写图形界面，可采用图形方式编辑量子线路，并通过菜单命令启动仿真引擎，以图形方式给出仿真结果。
限于作者水平，本书难免有不妥之处，敬请读者指正。
高 岩
2023年9月
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