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量子控制系统设计
作者：丛爽，双丰，吴热冰
出版社：中国科学技术大学出版社
出版时间：2022-03-01
ISBN：9787312053795
定价：¥168.00
内容简介
本书是从实际应用角度来考虑量子系统控制过程中所涉及的有关测量、量子状态估计、反馈控制器设计及其实际应用方面内容的一本著作。探讨了测量对系统状态的影响以及借助于 测量来对状态进行调控的可能性。在量子状态估计方面，详细给出了基于压缩传感理论的量子态参数估计的设计过程。专门应用已经建立起的量子李雅普诺夫控制理论，分别对封闭和开放量子控制系统进行控制器设计，对各种不同情况下的调控任务给出了具体的设计方案。在开放量子控制系统的设计中，着重分析了马尔科夫、非马尔科夫和随机开放量子系统的内部特性，以及相互之间的特性关系，分别就状态和算符门的制备、转移、保持等控制系统给出了专门的量子控制器设计以及量子控制系统仿真与结果的分析过程。在实际应用中，分别进行了双量子点控制系统的设计以及核磁共振量子控制系统的实用设计。本书可作为量子物理化学、量子信息与通信以及对量子系统控制感兴趣的电子、力学工程、应用数学、计算科学、控制工程等领域的高年级本科生或研究生有关量子系统控制的教材或参考书。
作者简介
丛爽，1961年出生于安徽省合肥市，1982年本科毕业于北京航空航天大学自动控制系，1995年获意大利罗马大学信息与系统系 博士学位。现为中国科学技术大学自动化系二级教授。双丰，1973年出生于湖南省南县，1995年本科毕业于中国科学技术大学少年班，2000年博士毕业于中国科学技术大学化学物理系。2001年至2009年赴美国普林斯顿大学从事量子控制研究。现为 合肥智能机械研究所研究员。吴热冰，1976年出生于河南省焦作市，2004年博士毕业于清华大学自动化系，2005年至2008年在美国普林斯顿大学从事博士后研究。现任清华大学自动化系副教授，主要研究领域为优化量子控制的理论、算法及其在实际系统中的应用。
目录
前言
第1章 概论
1.1量子计算机的发展
1.2实现量子计算机的物理系统
1.3基于压缩传感理论的量子系统状态估计
1.4量子系统控制的研究
1.5本书内容安排
第2章 量子系统及其控制理论基础
2.1量子系统基本概念
2.2量子系统的测量
2.3封闭量子系统状态演化方程
2.4量子态演化方程的图景变换
2.5开放量子系统的状态演化方程
2.6李雅普诺夫稳定性定理
第3章 封闭量子控制系统的设计
3.1本征态之间的状态转移
3.2叠加态之间的状态转移
3.3混合态之间的状态转移
3.4虚拟力学量P的构造原则
3.5退化情况下的李雅普诺夫控制律的设计
3.6算符Hadamard门的制备
第4章 基于 测量的量子状态转移
4.1投影测量及其控制问题
4.2 投影测量的必要条件
4.3通过一次序列测量的 状态转移
4.4基于瞬时测量调控二能级量子系统状态
4.5基于连续测量调控二能级量子系统状态
4.6测量辅助相干控制下动力学对称系统的总体 演化
4.7测量控制的误差分析
4.8系统仿真及特性分析
4.9小结
第5章 量子层析及量子状态估计方法
5.1量子层析
5.2量子层析的优化方法
附录 拉格朗日函数的构建与计算
第6章 压缩传感理论及其在量子态估计中的应用
6.1压缩传感理论
6.2信号重构算法
6.3基于压缩传感理论的量子态估计
6.4量子状态估计优化问题求解
6.5交替方向乘子算法的设计与改进
6.6量子态估计优化算法实验及其性能对比分析
6.7小结
第7章 马尔科夫开放量子系统的相干保持控制
7.1三能级Λ型原子的相干性保持165
7.2N能级Ξ型原子的相干性保持
7.3小结
第8章 非马尔科夫开放量子控制系统的设计
8.1非马尔科夫开放量子系统的特性分析及其控制
8.2非马尔科夫开放量子系统的门算符制备和保持
第9章 随机开放量子系统模型与控制
9.1基于测量的量子系统方程及其特性分析
9.2随机开放量子系统的反馈控制
9.3小结
0章 随机开放量子系统的特性分析
10.1随机量子系统主方程及其控制
10.2无控制作用下系统内部特性分析
10.3 反馈控制作用下的系统状态转移性能分析
10.4小结
1章 基于李雅普诺夫的二能级双量子点量子位超快操纵
11.1二能级双量子点系统描述
11.2基于LZS干涉原理的双量子点系统量子位转移
11.3基于李雅普诺夫稳定性定理的控制场设计
11.4系统仿真实验及其结果分析
11.5两种控制方法之间的关系分析
11.6小结
2章 可实现的二能级双量子点操纵方案
12.1可实现的控制器设计
12.2控制场参数选择及系统仿真实验
12.3小结
3章 核磁共振中双比特同核自旋系统的建模及其算法设计
13.1核磁量子自旋控制系统
13.2双比特同核系统的时间 控制设计
4章 核磁共振中双比特同核自旋系统的时间 控制
14.1单核系统 时间控制分析
14.2双比特同核系统局域门的 短控制时间估计
14.3局域门的时间 控制序列搜索算法
14.4局域门的 短时间控制仿真实验
14.5非局域门实现的邻近 时间控制
14.6双比特同核系统的时间 控制实验验证
14.7小结
参考文献
第1章 概论
1.1量子计算机的发展
1.2实现量子计算机的物理系统
1.3基于压缩传感理论的量子系统状态估计
1.4量子系统控制的研究
1.5本书内容安排
第2章 量子系统及其控制理论基础
2.1量子系统基本概念
2.2量子系统的测量
2.3封闭量子系统状态演化方程
2.4量子态演化方程的图景变换
2.5开放量子系统的状态演化方程
2.6李雅普诺夫稳定性定理
第3章 封闭量子控制系统的设计
3.1本征态之间的状态转移
3.2叠加态之间的状态转移
3.3混合态之间的状态转移
3.4虚拟力学量P的构造原则
3.5退化情况下的李雅普诺夫控制律的设计
3.6算符Hadamard门的制备
第4章 基于 测量的量子状态转移
4.1投影测量及其控制问题
4.2 投影测量的必要条件
4.3通过一次序列测量的 状态转移
4.4基于瞬时测量调控二能级量子系统状态
4.5基于连续测量调控二能级量子系统状态
4.6测量辅助相干控制下动力学对称系统的总体 演化
4.7测量控制的误差分析
4.8系统仿真及特性分析
4.9小结
第5章 量子层析及量子状态估计方法
5.1量子层析
5.2量子层析的优化方法
附录 拉格朗日函数的构建与计算
第6章 压缩传感理论及其在量子态估计中的应用
6.1压缩传感理论
6.2信号重构算法
6.3基于压缩传感理论的量子态估计
6.4量子状态估计优化问题求解
6.5交替方向乘子算法的设计与改进
6.6量子态估计优化算法实验及其性能对比分析
6.7小结
第7章 马尔科夫开放量子系统的相干保持控制
7.1三能级Λ型原子的相干性保持165
7.2N能级Ξ型原子的相干性保持
7.3小结
第8章 非马尔科夫开放量子控制系统的设计
8.1非马尔科夫开放量子系统的特性分析及其控制
8.2非马尔科夫开放量子系统的门算符制备和保持
第9章 随机开放量子系统模型与控制
9.1基于测量的量子系统方程及其特性分析
9.2随机开放量子系统的反馈控制
9.3小结
0章 随机开放量子系统的特性分析
10.1随机量子系统主方程及其控制
10.2无控制作用下系统内部特性分析
10.3 反馈控制作用下的系统状态转移性能分析
10.4小结
1章 基于李雅普诺夫的二能级双量子点量子位超快操纵
11.1二能级双量子点系统描述
11.2基于LZS干涉原理的双量子点系统量子位转移
11.3基于李雅普诺夫稳定性定理的控制场设计
11.4系统仿真实验及其结果分析
11.5两种控制方法之间的关系分析
11.6小结
2章 可实现的二能级双量子点操纵方案
12.1可实现的控制器设计
12.2控制场参数选择及系统仿真实验
12.3小结
3章 核磁共振中双比特同核自旋系统的建模及其算法设计
13.1核磁量子自旋控制系统
13.2双比特同核系统的时间 控制设计
4章 核磁共振中双比特同核自旋系统的时间 控制
14.1单核系统 时间控制分析
14.2双比特同核系统局域门的 短控制时间估计
14.3局域门的时间 控制序列搜索算法
14.4局域门的 短时间控制仿真实验
14.5非局域门实现的邻近 时间控制
14.6双比特同核系统的时间 控制实验验证
14.7小结
参考文献
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