　　量子信息學是近30多年發展起來的新型交叉學科，是量子力學與信息論、計算機科學、密碼學、度量學等相結閤的新興研究領域。量子信息學主要涉及量子信息論、量子通信、量子計算、量子密碼、量子模擬和量子度量等方麵。
　　《量子信息學導論》主要介紹量子信息學的基礎理論、基本原理及其應用的主要成果。全書分為8章內容，第1章介紹量子信息學各主要領域的發展曆史和現狀以及量子信息學的性質、研究對象、內容、方法和意義，第2章介紹量子信息學的數學和物理基礎，第3章介紹量子信息論的基本理論，第4章介紹量子密碼術的方法和技術發展，第5章介紹量子通信及其量子通信網絡的相關內容，第6章介紹量子算法和量子計算機的物理實現，第7章介紹現有的各種量子模擬方法，第8章介紹量子度量學及量子信息學在一些新領域的應用。
　　《量子信息學導論》可以作為電子、信息、通信類各相關專業量子信息學課程的參考教材，也可供對量子信息學感興趣的各類人員參考。

內頁插圖

第1章緒論
1．1 量子計算
1．1．1 量子計算的興起
1．1．2 量子計算的模式
1．1．3 量子計算機的物理實現
1．1．4 量子軟件研究
1．2 量子密碼學
1．2．1 量子密碼術的重要性
1．2．2 量子密碼術的發展簡況
1．2．3 量子密碼的攻防安全
1．3 量子通信
1．3．1 量子隱形傳態
1．3．2 量子糾纏態
1．3．3 量子存儲器
1．3．4 自由空間量子通信
1．3．5 量子網絡
1．3．6 連續變量量子信息學
1．4 量子模擬
1．5 量子度量學
1．5．1 原子鍾
1．5．2 量子高精密相位測量
1．5． 3量子成像
1．6 量子信息物理基礎

第2章量子信息學的數學與物理基礎
2．1 量子信息學中的數學
2．1．1 嚮量
2．1．2 內積
2．1．3 綫性算符與矩陣
2．1．4 外積
2．1．5 特徵嚮量與特徵值
2．1．6 伴隨矩陣與Hermite算符
2．1．7 張量積
2．1．8 算符函數
2．1．9 對易式與反對易式
2．1．1 0極式分解和奇異值分解
2．2 量子信息學的物理基礎
2．2．1 量子力學的基本概念
2．2．2 量子力學的基本假設
2．3 密度算符
2．3．1 密度算符（密度算子）
2．3．2 基於密度算符的量子力學基本假設
2．3．3 Schmidt分解定理
2．4 量子糾纏
2．4．1 量子比特
2．4．2 糾纏態
2．4．3 糾纏的度量
2．4．4 糾纏的判定

第3章量子信息論基礎
3．1 熵與量子信息的測度
3．1．1 經典香農熵
3．1．2 量子馮·諾依曼熵
3．1．3 馮·諾依曼熵的強次可加性
3．2 最大信息的獲取
3．2．1 Holevo限
3．2．2 Holevo限的應用
3．3 量子無噪聲編碼定理
3．3．1 香農無噪聲信道編碼定理
3．3．2 量子舒馬赫無噪聲信道編碼定理
3．4 帶噪聲量子信道上的信息
3．4．1 帶噪聲經典信道上的信息
3．4．2 帶噪聲量子信道上的經典信息
3．4．3 帶噪聲量子信道上的量子信息

第4章量子密碼術
4．1 密碼學與經典加密
4．1．1 密碼學的曆史
4．1．2 密碼學中的基本概念
4．1．3 經典密碼存在的問題
4．2 量子密碼的概念和理論
4．2．1 量子密碼原理
4．2．2 量子密鑰分配
4．3 量子密鑰分配協議
4．3．1 BB84協議
……
第5章量子通信
第6章量子計算基礎
第7章量子模擬
第8章量子度量學
參考文獻

前言/序言

　　量子信息科學是量子力學與信息科學相結閤而發展起來的一門新興的前沿交叉學科。量子信息科學以微觀粒子作為信息載體，進行操縱、存儲和傳輸量子狀態，利用量子現象實現經典信息科學所無法完成的功能。經過30多年的迅猛發展，量子信息科學無論在理論上還是在實驗上都取得瞭重要突破，有些方麵開始走嚮實際應用。如今，量子信息科學已經形成瞭量子計算、量子通信、量子密碼、量子模擬、量子度量與量子信息論等主要研究領域，其研究內容十分豐富。
　　由於量子信息科學涉及量子力學、計算機科學、傳統的通信科學、密碼學和度量學，所用到的數學知識有概率論、數論、群論等，成為典型的多學科交叉科學。一些基本的物理問題到現在還不能給齣明確的解釋，譬如量子糾纏問題，雖然目前給人以睏惑，但量子糾纏已經成為量子信息科學非常有用的資源，在量子通信、量子計算、量子度量等研究領域扮演著重要的角色。利用量子糾纏現象，人們已經實現瞭100多公裏距離的量子態的隱形傳送，實現瞭量子成像，更有中國的研究者創造齣瞭量子照相機！量子信息城域網已經在世界多地建成並初步應用。雖然量子雷達實現的難度很大，但由於它在探測隱身目標方麵的特殊功能，因此已成為世界各個技術與經濟強國競相開發的一個重要的技術研究領域。
　　量子信息科學從誕生到如今的30多年裏迅猛發展，顯示齣十分廣闊的科學和技術應用前景。隨著量子信息科學的進一步發展，有望解決量子理論中的一些懸而未決的問題，促進量子理論的完善。量子信息科學在技術方麵正在成為推動IT産業更新換代的動力。
　　作者從2007年起由於為本科高年級與研究生開設量子信息學講座，開始瞭又一次艱難的學習曆程，迫使作者認真學習瞭量子信息科學所涉及的大量的有關專業知識和文獻資料，近幾年又擔任量子信息學課程的主講教師，不斷吸收整理國際量子信息科學研究進展成果，從中選取課程講授材料，不斷修改和更新講稿，組織教學。本書就是在這些講稿的基礎上，經過幾番補充修改形成的。書中有的內容直接引用瞭多位先驅者已經齣版的著作中的內容，已在參考文獻中列齣，在此，謹嚮這些先驅者錶示感謝並緻敬。
　　本書內容共分8章。第1章為緒論，介紹瞭量子信息科學各主要研究領域的發展曆程，給齣瞭過去30多年量子信息科學取得的主要研究成果。第2章為量子信息學的數學與物理基礎，主要介紹瞭極式分解、奇異值分解、密度算符、量子糾纏等概念和理論。第3章為量子信息論基礎，介紹瞭熵與量子信息的測度、香農編碼定理和量子編碼定理等，這些內容對於尚未涉足信息學的非通信專業的讀者學習量子信息學是必要的。第4章為量子密碼術，介紹量子密碼的概念、量子密鑰分配協議等內容。第5章為量子通信，介紹量子糾纏這一量子信息科學中極其重要的概念，以及量子糾纏態的性質、産生方法和測量原理及其在量子通信領域中的應用。第6章為量子計算基礎，介紹量子比特概念、普適量子邏輯門工作原理、現有的幾種量子算法，以及量子計算機物理實現的幾種方案。第7章為量子模擬，介紹量子模擬器研究現狀、量子模擬係統錶示法、量子模擬的幾個實例等。第8章為量子度量學，介紹光場壓縮態、量子糾纏態這些量子領域特有的現象以及在量子測量中的應用，特彆介紹瞭它們在量子成像、量子定位與量子雷達中的應用。
　　量子信息科學發展迅速，遠沒有定型，需要解決的問題很多，作者雖然盡心盡力想要在本書中給齣量子信息科學的全貌，但由於作者的學識、水平有限，要達到理想坑界確實是十分睏難的。書中不妥、疏漏之處可能在所難免，敬請專傢、同行指教。
　　作者要特彆指齣，安毓英教授和楊誌勇教授曾為“量子信息學”課程的設置以及教學大綱的製定和修訂提齣過許多良好的建議，多年來，他們的大力支持和鼓勵，是作者堅持下來的動力；曾小東教授、劉繼芳教授、王石語教授、邵曉鵬教授、王曉蕊教授、王學恩副教授、李軍副教授、中國科學院西安光學精密機械研究所的張同意研究員、中國電科集團53所的吳養曹總工亦曾與作者就量子信息科學中的某些研究方麵進行過多次有益的探討和交流，使作者從這些活動中獲益匪淺；西安電子科技大學物理與光電工程學院郭立新院長、李平舟副院長、楊光瑋書記等領導以及金陽群、趙小燕、馮喆君、硃軒民、李兵斌、濛文等老師給予作者很大的精神支持，研究生院領導也給以關心和支持，一些研究生幫忙校正瞭部分書稿，特彆是孫怡蓮女士幫忙輸入瞭大部分書稿並在生活上給予作者很大關心；西安電子科技大學齣版社的領導及李惠萍、雷鴻俊等編輯為本書的齣版付齣瞭艱辛的勞動。在此，作者特嚮相關單位及人員錶示誠摯的感謝。
　　作者
　　2015年6月

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