单光子与量子通信加密PDF电子书下载

第1章 自由单光子是经典波包 1

1.1光的干涉、衍射和偏振实验 2

1.1.1理论基础 2

1.1.2光的干涉 3

1.1.3光的衍射 4

1.1.4光的偏振和偏振光的干涉 12

1.2经典电磁波 15

1.2.1四维矢量势和四维电磁场张量 15

1.2.2电磁场方程与电磁波方程 18

1.2.3平面电磁波 22

1.3光子波包 26

1.3.1波源的振动 27

1.3.2脉冲 27

1.3.3调幅的行波 27

1.3.4单光子波包 28

1.4偏振 30

1.4.1偏振的概念 30

1.4.2产生偏振光子的方法 31

1.4.3偏振光的干涉 32

第2章 单光子是经典粒子 33

2.1光电效应实验 33

2.2单光子 34

2.2.1真空中的经典粒子 34

2.2.2四维动量 34

2.2.3单光子的质量、能量、动量、速度 35

2.2.4单光子的力学量的洛伦兹变换 36

2.3单光子是一个“粒子包” 38

第3章 光子是电磁场量子 39

3.1经典电磁场的量子化 39

3.1.1正则量子化 39

3.1.2福克态空间 40

3.1.3单光子电磁场的量子化 42

3.2光子 43

3.3光子的偏振与自旋 44

3.3.1一个光子的两个偏振本征态的相干叠加 44

3.3.2光子的两个偏振态的密度矩阵 45

3.3.3单光子的自旋 46

3.3.4自旋极化矢量 47

3.4单光子波包 47

3.4.1单光子波包 47

3.1.2在坐标空间中 48

3.4.3在动量空间中 49

3.4.4单光子的能量 50

3.5单光子的Wigner函数 51

3.6单光子波包是空心的 53

第4章 单光子干涉实验：单光子不可分 55

4.1单光子源 55

4.2单光子探测器 56

4.3一个单光子同时被反射和透射 57

4.4透射光通过多个1/2分光器 58

4.5反射光和透射光汇聚于第二个1/2分光器 60

4.5.1实验一 60

4.5.2实验二 61

4.5.3实验三 61

4.5.4实验四 61

4.5.5实验小结 62

4.6单光子的相干态 63

4.6.1非相对论量子力学的原理 63

4.6.2单光子的偏振态的干涉 66

4.6.3在量子统计力学中 67

第5章 光子纠缠态 70

5.1量子纠缠态 70

5.2双光子纠缠实验 72

5.3双光子纠缠 74

5.3.1量子非定域相关性 75

5.3.2双光子不是两个光子 77

5.4纠缠的光子波包塌缩的实验 79

5.4.1实验 79

5.4.2对实验结果的解读一 79

5.4.3对实验结果的解读二 80

第6章 量子算法及实验实现 82

6.1量子位 83

6.2量子逻辑门 84

6.2.1经典逻辑门 84

6.2.2量子逻辑门 84

6.2.3量子“非”门 85

6.2.4量子复制门 85

6.2.5量子“与”门 85

6.2.6量子门的矩阵表示 86

6.2.7量子门与泡利矩阵的关系 86

6.2.8量子?NOT门 87

6.2.9量子空间的旋转和Hadamard门 88

6.2.10量子控制非门与EPR态 90

6.3量子并行计算 91

6.4量子编码 93

6.5量子逻辑门的实验实现 93

6.5.1么正厄密矩阵 93

6.5.2量子非门与单量子位旋转 94

6.5.3Aj-变换的实现 98

6.5.4Bij-变换的实现 99

6.5.5么正变换的实现 99

6.5.6Hadamard变换 101

6.6量子计算的实验实现 103

6.6.1概述 103

6.6.2四粒子纠缠的实验实现 104

6.6.3量子交换门 106

6.6.4量子网络 106

第7章 单光子通信与加密 107

7.1经典密码术 110

7.1.1秘密密钥加密术 111

7.1.2公开密钥加密术 111

7.1.3经典加密术的问题 116

7.2量子通信 116

7.2.1概述 116

7.2.2两粒子纠缠态的实验产生 118

7.2.3量子超传的实验实现 122

7.2.4长距离量子通信 124

7.2.5星-地单光子通信 125

7.2.6用单光子实现两单分子间通讯 126

7.2.7光量子通信的安全性 127

7.3.8评论 128

7.3量子加密术 129

7.3.1概述 129

7.3.2量子密码技术的非一般安全性 132

7.3.3利用非正交量子态加密的安全性 133

7.3.4利用纠缠量子态加密的安全性 134

7.3.5单光子密码技术的示例 135

7.3.6量子银行支票 140

7.4量子加密的实验实现 141

7.4.1偏振加密 141

7.4.2相位加密 141

7.4.3利用纠缠双光子加密 142

7.4.4单光子量子加密的实验实现 145

7.4.5噪声量子通道 145

第8章 光速 146

8.1关于光速 148

8.1.1首次计算出光速 148

8.1.2光是电磁波 148

8.1.3光速作为测量标准 149

8.1.4光速不变原理是相对论的基础 149

8.1.5在真空静态引力场中的光速 149

8.1.6光速是极限速度与物理学的因果性 151

8.2一些实验结果 152

8.2.1量子纠缠态（EPR态）与超距作用 152

8.2.2量子隧穿与超光速 154

8.2.3介质中的超光速现象 154

8.2.4介质中使光速变慢甚至完全停止 155

8.2.5天文学中的视超光速现象 156

8.2.6宇宙暴涨与超光速 157

8.2.7在介质中的光脉冲的群速度超过真空中光速 158

8.3超光速理论 159

8.3.1超光速理论 159

8.3.2第二届电磁波波速学术会议 160

8.4真空中的光速仍是速度极限 160

8.4.1证明洛伦兹不变性和狭义相对论的新实验 160

8.4.2现代版的Michelson-Morley实验 160

8.4.3真空中光速仍是速度极限 160

8.5评述 161

8.5.1量子隧穿不是超光速传递信息 161

8.5.2天文学中的视超光速现象 161

8.5.3放慢或停止光的脚步的应用前景 161

8.5.4小结 162

参考文献 163