量子信息处理技术PDF电子书下载

第1章　绪论 1

1.1　量子信息处理技术的发展动力 2

1.2　量子信息处理技术的基本内容 3

参考文献 10

第2章　量子信息基础知识 14

2.1 数学基础 14

2.1.1 向量 14

2.1.2 内积 16

2.1.3　线性算子与矩阵 17

2.1.4　外积 18

2.1.5　特征向量与特征值 19

2.1.6　伴随矩阵与Hermite算子 20

2.1.7　张量积 22

2.1.8　算子函数 24

2.1.9　对易式与反对易式 25

2.1.10　极式分解和奇异值分解 25

2.2　物理基础 27

2.2.1　量子力学的基本概念 27

2.2.2　量子力学的基本假设 38

2.2.3　密度算子 44

2.2.4　量子比特 49

2.2.5 纠缠态 52

参考文献 54

第3章　量子信息理论 56

3.1　量子信源编码 56

3.1.1　离散信源及其香农熵 56

3.1.2　量子信源和冯·诺依曼熵 61

3.2　数据压缩 65

3.2.1　香农无噪声信道编码定理 65

3.2.2　量子信息保真度 68

3.2.3　Schumacher量子无噪声信道编码定理 70

3.2.4　Holevo信息 75

3.3　量子信道编码理论 80

3.3.1　量子信道 80

3.3.2　信道容量 81

3.3.3　量子信道编码定理 83

3.4　量子多址信道及信道容量 93

3.4.1　经典多址信道 93

3.4.2　经典多址信道容量 94

3.4.3　量子多址噪声信道 96

3.4.4　量子多址信道容量 99

参考文献 109

第4章　量子计算和量子算法 111

4.1　量子计算基础概念 111

4.2　量子逻辑门 113

4.3　量子离散傅里叶变换 121

4.4　相位估计 124

4.5 Shor算法 127

4.5.1　Shor算法的数论基础 128

4.5.2　求随机数阶的量子算法 130

4.5.3　Shor算法仿真实现及算法分析 134

4.6　Grover搜索算法 141

4.6.1　Deutsch问题 141

4.6.2　未加整理的数据库搜索问题 143

4.6.3　Grover算法 144

4.6.4　Grover算法应用举例 148

4.6.5　一般情况 151

4.6.6　Grover算法的仿真 152

参考文献 155

第5章　量子纠错编码 156

5.1　量子纠错编码的基本方法 156

5.2　量子纠错理论 160

5.3　经典线性分组码 162

5.3.1　纠错编码的数学基础 162

5.3.2　经典线性分组码 163

5.4　CSS量子纠错码 167

5.4.1　CSS码 167

5.4.2　纠正一位错的7位CSS码 169

5.4.3　CSS码的译码 171

5.5　稳定子量子纠错码 174

5.5.1　稳定子码的概念 175

5.5.2　稳定子码基本原理 176

5.5.3　稳定子码的线性空间表示 178

5.5.4　稳定子码实例分析 179

5.6　量子低密度奇偶校验码的构造 182

5.6.1　经典低密度奇偶校验码 183

5.6.2　量子LDPC码校验矩阵 184

5.6.3　基于CSS码的量子LDPC码的构造算法 185

5.6.4　基于准循环序列的量子LDPC码的构造方法 189

5.7　量子纠错编码的性能界限 194

参考文献 195

第6章　量子密码技术 197

6.1　密码学与经典加密 197

6.1.1　密码学的历史 197

6.1.2　密码学中的基本概念 198

6.1.3　经典密码存在的问题 199

6.2　量子密码的概念和理论 200

6.2.1　量子密码原理 201

6.2.2　量子密钥分配 201

6.3　量子密钥分配协议 202

6.3.1 BB84协议 203

6.3.2　B92协议 206

6.3.3　6态协议 207

6.3.4　Ekert协议 207

6.4　量子密钥分配协议仿真 208

6.4.1　仿真算法的设计 209

6.4.2　BB84协议仿真及结果分析 210

6.4.3　6态协议仿真及结果分析 215

6.4.4　B92协议仿真及结果分析 217

6.4.5　几种量子加密算法的比较分析 219

6.5　量子密码安全性分析 221

6.5.1　不可克隆原理保证下安全性证明 221

6.5.2　Ekert协议安全性证明 222

6.6　量子安全直接通信 223

6.6.1　乒乓量子安全直接通信 225

6.6.2　Two-Step量子安全直接通信协议 226

6.6.3　量子一次一密安全直接通信协议 228

6.6.4　基于量子CSS码的安全直接通信 229

参考文献 230

第7章　量子信息的其他应用研究 232

7.1　量子密集编码 232

7.2　量子隐形传态 234

7.3　量子信息安全技术 236

7.4　量子图像处理技术 240

7.4.1　图像预处理方法 240

7.4.2　图像存储 255

7.4.3　基于神经网络的图像识别 259

参考文献 265