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量子系统控制理论与方法

量子系统控制理论与方法
作者:丛爽,匡森

图书详细信息:
ISBN:9787312047534
估价:200.00元
丛书名称:量子科学出版工程第一辑

图书简介:

本书(shu)分别对封(feng)闭和(he)(he)开放量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)系(xi)统的(de)(de)(de)控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)理(li)论(lun)(lun)(lun)与(yu)方(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)进(jin)行研究(jiu),借鉴宏观系(xi)统控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)理(li)论(lun)(lun)(lun)中有(you)效的(de)(de)(de)思想理(li)念、数学分析(xi)和(he)(he)设计(ji)方(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa),与(yu)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)系(xi)统特有(you)的(de)(de)(de)性能(neng)和(he)(he)控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)目标相结合(he),发展和(he)(he)建立了(le)(le)(le)有(you)效解决(jue)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)信息、量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)计(ji)算以(yi)(yi)及(ji)(ji)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)通(tong)信走向实(shi)用化过程中所遇(yu)到的(de)(de)(de)相关(guan)问(wen)题(ti)的(de)(de)(de)控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)理(li)论(lun)(lun)(lun)与(yu)方(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa),包括量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)纯态、混合(he)态、纠(jiu)缠(chan)态的(de)(de)(de)制(zhi)备(bei),各(ge)种量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)态之(zhi)间状态的(de)(de)(de)高效、快(kuai)速转移与(yu)操纵,量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)门(men)的(de)(de)(de)制(zhi)备(bei)方(fang)(fang)(fang)案(an),演化中量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)状态的(de)(de)(de)跟踪(zong),开放量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)系(xi)统的(de)(de)(de)状态保持(chi)、保真以(yi)(yi)及(ji)(ji)容错(cuo).从系(xi)统控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)角度(du),本书(shu)对理(li)想和(he)(he)非(fei)理(li)想量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)系(xi)统的(de)(de)(de)高精度(du)操控(kong)(kong)(kong)(kong)以(yi)(yi)及(ji)(ji)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)系(xi)统的(de)(de)(de)实(shi)际应用提供理(li)论(lun)(lun)(lun)支(zhi)持(chi)和(he)(he)科(ke)学基础.在控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)理(li)论(lun)(lun)(lun)方(fang)(fang)(fang)面,本书(shu)重点(dian)对基于李雅普诺夫(fu)稳(wen)定性理(li)论(lun)(lun)(lun)的(de)(de)(de)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)方(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)和(he)(he)收敛性能(neng)进(jin)行深入的(de)(de)(de)探讨,提出了(le)(le)(le)一(yi)(yi)套完整、统一(yi)(yi)的(de)(de)(de)封(feng)闭量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)系(xi)统李雅普诺夫(fu)控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)的(de)(de)(de)理(li)论(lun)(lun)(lun)与(yu)方(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa),解决(jue)了(le)(le)(le)封(feng)闭量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)系(xi)统在具有(you)衰减内部哈密顿量(liang)(liang)(liang)以(yi)(yi)及(ji)(ji)非(fei)全连(lian)接控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)哈密顿量(liang)(liang)(liang)非(fei)理(li)想情况下的(de)(de)(de)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)系(xi)统的(de)(de)(de)收敛控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)问(wen)题(ti)。本书(shu)对所提出的(de)(de)(de)控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)理(li)论(lun)(lun)(lun)与(yu)方(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)都同时(shi)进(jin)行了(le)(le)(le)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)系(xi)统仿真实(shi)验的(de)(de)(de)研究(jiu)和(he)(he)性能(neng)的(de)(de)(de)对比与(yu)分析(xi)。

目录:

前言(yan)

 

第1章 概论

1.1量(liang)子(zi)系统(tong)控制的(de)发(fa)展状况(kuang)

1.2量子分子动力学中的操(cao)纵技术和系统控制理论

1.2.1量子(zi)分子(zi)动力学的操纵技术

1.2.2激光(guang)脉冲(chong)成型操纵技术(shu)

1.2.3波包泵浦当浦方案

1.2.4量子分(fen)子动力学的控制理论(lun)

1.2.5系统幺正演化矩阵的(de)控制

1.2.6几何(he)控制(zhi)

1.2.7量子最优控制理(li)论(lun)

1.2.8基于李(li)雅普诺夫(fu)稳定性理论的量(liang)子(zi)控制(zhi)方(fang)法

1.3量子(zi)系(xi)统(tong)中的(de)状态估计(ji)方法

1.3.1量子系统状态估(gu)计的背景

1.3.2基(ji)于测量(liang)全同(tong)复(fu)本系统(tong)的(de)量(liang)子(zi)状态估计方(fang)法

1.3.3基(ji)于系(xi)统论观(guan)点(dian)的量(liang)子状(zhuang)态重构方法

1.4开放量(liang)子系统消相干(gan)控制研究进展

1.4.1量子系(xi)统中(zhong)的(de)消相干现象

1.4.2抑(yi)制消相干的控制策略(lve)

1.5开放量子系(xi)统量子态相干保持的控制策略(lve)

1.5.1编码(ma)方法(fa)

1.5.2量(liang)子动力学解耦

1.5.3最(zui)优控(kong)制法

1.5.4相干控制法(fa)

1.5.5反馈控(kong)制法

1.5.6复(fu)合控制(zhi)

1.6本(ben)书内(nei)容安(an)排

 

第(di)2章(zhang) 量子系统(tong)模(mo)型的求解与分析(xi)

2.1量(liang)子系(xi)统(tong)状态与Bloch球的几(ji)何关系(xi)

2.1.1纯(chun)态与Bloch矢(shi)量(liang)的对应关系

2.1.2混合态的Bloch球几何表示

2.1.3小结

2.2纯态与混(hun)合态的几何代(dai)数(shu)分(fen)析(xi)

2.2.1纯态(tai)的几何代数表示方法

2.2.2混合(he)态的(de)几何代数(shu)表示方法

2.2.3几何(he)代数表示方法与Bloch矢量的(de)对应关(guan)系

2.3二阶含(han)时量子系统状态演化的一种求解方(fang)法(fa)

2.3.1时变系(xi)统矩(ju)阵的一般分(fen)析

2.3.2时变(bian)系(xi)统矩阵的变(bian)换

2.3.3基于系统(tong)矩阵本征值和本征态的简化运算(suan)

2.3.4应用举例

2.4基于Bloch球的(de)量子(zi)系统轨迹控制

2.4.1单量子比特的Bloch球(qiu)表示

 

2.4.2单自旋(xuan)1/2粒(li)子的控制

2.4.3数值仿真实验(yan)及其结果分(fen)析

 

第3章 封闭量(liang)子(zi)系统的控制方法

3.1基于Krotov法的量(liang)子最优控制(zhi)

3.1.1量子系统中的最优(you)控制(zhi)方(fang)法

3.1.2改进的量子最优控制方法(fa)

3.1.3Krotov最优控制设计(ji)方法(fa)

3.1.4数值仿真(zhen)实验及其性(xing)能分析

3.2基于最优搜索步长的量子控制

3.2.1最优控制律的求(qiu)解(jie)

3.2.2自旋1/2粒(li)子系(xi)统(tong)的应用实(shi)例(li)

3.3平(ping)均最优控(kong)制(zhi)在(zai)量子系统中的应用

3.3.1利用平均方法进行最优控制

3.3.2控制器的设计

3.3.3数值仿(fang)真实验及其结果(guo)分析(xi)

3.3.4小结

3.4自(zi)旋1/2粒子系统的相位相干(gan)控制

3.4.1相干态的制备

3.4.2数值仿真实验及其结果分析

3.4.3小结

3.5高维自旋1/2系(xi)统布(bu)居数转(zhuan)移的控制

3.5.1控制脉冲与(yu)系统哈密顿量的关系

3.5.2控(kong)制(zhi)脉(mai)冲序列(lie)的设计(ji)

3.5.3数(shu)值仿(fang)真实验及(ji)其结果分析(xi)

3.6两种量子系统控(kong)制方法的性能(neng)对比

3.6.1封(feng)闭量子系统的控制律(lv)

3.6.2数值仿真实验及其结果分析

3.6.3小结

 

第4章 基于(yu)李雅普诺夫的(de)量(liang)子系统控(kong)制理论:本(ben)征态制备

4.1基于(yu)距离的李(li)雅(ya)普(pu)诺夫控制(zhi)方法

4.1.1量子状(zhuang)态之间的距离

4.1.2控制(zhi)律的设计

4.1.3控制系统收敛性分(fen)析

4.1.4自旋1/2粒子(zi)系统(tong)的数值仿真

4.2基(ji)于(yu)偏差的李雅普诺夫控制方法

4.2.1控制律的设计

4.2.2控制系统收敛(lian)性分析

4.2.3系统数值仿真

4.3基于虚拟力学量均值的(de)李雅普诺夫控制(zhi)方法(fa)

4.3.1控制律的(de)设计

4.3.2控制系(xi)统收(shou)敛性(xing)分析

4.3.3虚拟力学量的构造

4.3.4系统数值仿真

4.4三种李雅普(pu)诺夫控制方法(fa)的(de)比较

4.4.1对一个五能级系统(tong)控制效果的仿(fang)真及分析

4.4.2三个李(li)雅普诺夫函数之间的关系及其统一形式

4.4.3三种(zhong)方法的控制(zhi)特性比较

4.5向量控制律的(de)设(she)计(ji)

4.5.1设计方法

4.5.2控制系统收(shou)敛(lian)性分析(xi)

4.5.3双控制场(chang)情况下的数值(zhi)仿真

 

第(di)5章(zhang) 基于李雅(ya)普诺夫(fu)的量子系统控制理论:一般态转(zhuan)移(yi)

5.1叠加态的驱动

5.1.1控制律的设计

5.1.2数值(zhi)仿真(zhen)实(shi)验及其结果分析

5.2纯(chun)态的最优控制

5.2.1控(kong)制律(lv)的设计

5.2.2数(shu)值仿(fang)真实验及其(qi)结果(guo)分析

5.3混合态的最(zui)优控制

5.3.1混合态(tai)的(de)描述

5.3.2控制律(lv)的设(she)计

5.3.3数值仿真(zhen)实验及(ji)其结果分(fen)析

5.4纯态到混合态的驱动(dong)

5.4.1纯态到(dao)本征态的(de)驱动

5.4.2本(ben)征态到非(fei)零(ling)值非(fei)对角元混合(he)态的驱动

5.4.3非(fei)零(ling)值非(fei)对(dui)角元(yuan)混(hun)合态到零(ling)值非(fei)对(dui)角元(yuan)混(hun)合态的驱动

5.4.4数值仿真实验及其结果分析

5.5量子位(wei)有效(xiao)纯态的制(zhi)备

5.5.1系(xi)统模型

5.5.2控制律(lv)的设计

5.5.3数(shu)值仿真(zhen)实验及其结果(guo)分析(xi)

 

第(di)6章  基(ji)于李(li)雅普诺(nuo)夫的(de)量(liang)子(zi)系统控制理论:收敛性分析

6.1理(li)想条件下混合(he)态量子系(xi)统的控(kong)制策略

6.1.1基(ji)本概念

6.1.2控制(zhi)律的(de)设计

6.1.3拉塞尔不变集(ji)

6.1.4收敛(lian)性分(fen)析

6.1.5P的(de)构(gou)造

6.2广义(yi)条件(jian)下(xia)混合态量子系统的控制策略

6.2.1密(mi)度矩阵(zhen)的Bloch矢量体系

6.2.2控(kong)制系(xi)统的收敛状态集

6.2.3P的构造

6.2.4构(gou)造(zao)实例(li)

6.3基于轨迹规划方(fang)法的(de)一种控(kong)制策略

6.3.1问题的描述

6.3.2控制律的设(she)计

6.3.3李雅(ya)普(pu)诺(nuo)夫函数的分析

6.3.4收敛性的(de)证明

6.3.5数值仿真(zhen)实验及其(qi)结果分析

 

第(di)7章(zhang) 退(tui)化情况下(xia)的(de)李(li)雅普诺夫控制(zhi)方法(fa)

7.1基于状态距离的(de)隐式李(li)雅普(pu)诺夫方法

7.1.1控制律的设计(ji)

7.1.2控制系统收敛性证明(ming)

7.1.3数值仿(fang)真(zhen)实验

7.1.4小结

7.2基于(yu)状态偏差的隐(yin)式李雅(ya)普诺(nuo)夫控制方法

7.2.1控制律(lv)的设计

7.2.2控制系(xi)统收敛性证明

7.2.3基于距离和偏(pian)差方法之(zhi)间的关(guan)系

7.2.4数值仿真实验

7.3基于虚拟力学量均(jun)值的隐式李雅普诺夫控(kong)制(zhi)方法

7.3.1控制律的设计

7.3.2控(kong)制系统收敛(lian)性证(zheng)明

7.3.3目标态(tai)为叠加态(tai)时(shi)的情况

7.3.4三种隐式李雅普诺夫函数(shu)的关系(xi)

7.3.5数值仿真实(shi)验

7.3.6小结

7.4任意状态转移的(de)隐式李雅(ya)普诺(nuo)夫控制方(fang)法

7.4.1控制系统模型

7.4.2控制律的设计

7.4.3控制系统收敛性分析

7.4.4数值仿真(zhen)实验

7.4.5小结(jie)

 

第8章 纠缠态的探测与制备(bei)

8.1纠缠探(tan)测(ce)(ce)与纠缠测(ce)(ce)量

8.1.1纠缠态的表示(shi)

8.1.2分离判(pan)据

8.1.3纠缠(chan)目击者

8.1.4纠(jiu)缠目击者在(zai)实(shi)验中的应用

8.1.5纠(jiu)缠的量化(hua)

8.1.6非线性分离判据(ju)

8.2量子系统的(de)施密特分解及其(qi)几何分析

8.2.1量子态(tai)的(de)施密特(te)分解

8.2.2基于(yu)施密(mi)特分(fen)解的纠缠度(du)定义

8.2.3施密特分解的应用(yong)

8.2.4小结

8.3双自(zi)旋系统的(de)纠缠(chan)态(tai)制备

8.3.1相互作(zuo)用图景下的系统模型

8.3.2基于(yu)李雅普诺夫的(de)控制律设(she)计(ji)

8.3.3数值仿真实验及(ji)其结果分析

8.3.4小结(jie)

 

第9章(zhang) 开放量子系统的模型

9.1热浴环境下(xia)的马尔可夫量子系(xi)统模型

9.1.1与热浴作用(yong)的量子系统(tong)的精确动力学方程

9.1.2玻恩主方程(cheng)

9.1.3马尔(er)可夫主方(fang)程

9.1.4几种常(chang)见的马尔可夫主方程

9.1.5非马尔可夫(fu)主方程(cheng)简介

9.1.6热浴能量不守恒时的(de)系统(tong)动力学方程(cheng)

9.1.7小结(jie)

9.2非(fei)马(ma)尔可夫量子(zi)系统模型

9.2.1NakajimaZwanzig主方程(cheng)

9.2.2时间(jian)无卷(juan)积主方程

9.2.3微(wei)扰形式下的(de)非(fei)马尔可(ke)夫(fu)主(zhu)方程(cheng)

9.2.4非微扰形式下(xia)的非马尔可夫(fu)主(zhu)方程

9.2.5保(bao)持正定性的非马尔可(ke)夫主(zhu)方程(cheng)

9.2.6其他非马(ma)尔(er)可夫主方程(cheng)

9.2.7非马尔(er)可夫(fu)概率薛定谔方程

9.2.8小结

第10章(zhang) 开放量子系(xi)统(tong)状态调(diao)控

10.1布居数(shu)转(zhuan)移最短路径的决策

10.1.1离(li)散时间马尔可夫决(jue)策过程模型

10.1.2二能级量子系统(tong)布居数转移的最短路径

10.1.3复杂马尔(er)可夫(fu)决(jue)策过程(cheng)

10.2Lindblad主(zhu)方程的最优布居数转移

10.2.1问题的描述

10.2.2最优(you)控(kong)制律(lv)的设(she)计

10.2.3微分方程(cheng)的变(bian)换

10.2.4数(shu)值仿(fang)真实验及其结果分析

10.3状态转移的最优控制(zhi)

10.3.1问题的描述

10.3.2最(zui)优控制律的设计

10.3.3数值仿真实验及其结(jie)果(guo)分析

10.4相互作用粒子的纯度保持

10.4.1问题的(de)描述

10.4.2连续场作(zuo)用下纯度的演化(hua)

10.4.3控制场的设计

10.4.4数值仿真实验及其结果分析(xi)

10.5基(ji)于相(xiang)互作用的耗散补偿

10.5.1问(wen)题的描述

10.5.2相互作用类型的选(xuan)择(ze)

10.5.3耗(hao)散(san)补偿的设计(ji)

10.5.4数值仿(fang)真实验及其结果分析

10.6弱测量(liang)及其在(zai)开放系统控制中的应用

10.6.1弱测量算子的(de)构造

10.6.2弱测量的适用性

10.6.3基(ji)于弱测量的(de)耗散控制

 

第11章 无消相干子空间中量子态(tai)的控制与保持

11.1Λ型三能级原子的相干态保持

11.1.1问题(ti)描述及无消相干目标态的构造

11.1.2系统状(zhuang)态转移(yi)和(he)相(xiang)干保持(chi)控制律的(de)设计

11.1.3数值仿真(zhen)实验及(ji)其结(jie)果分析

11.2一般(ban)开放量子系统(tong)的状(zhuang)态转移和(he)相干保(bao)持

11.2.1问题描(miao)述(shu)及无消相干子空(kong)间的构造

11.2.2系统状态(tai)转(zhuan)移(yi)和(he)相干保持控制律的设计

11.2.3数值仿真(zhen)实验(yan)及其结(jie)果(guo)分(fen)析

11.3无(wu)消(xiao)相干(gan)子(zi)空间中量(liang)子(zi)态调控(kong)的收敛性

11.3.1系统描述(shu)与(yu)问题的提出

11.3.2控制场的(de)设(she)计

11.3.3P的构造与收敛性分析

11.3.4数值仿真实(shi)验及其结果分析

 

第12章 动力学解耦量子控制方(fang)法

12.1量子动力学解耦原(yuan)理

12.2振幅(fu)和相位(wei)消相干下的动力学解耦策(ce)略

12.2.1模(mo)型(xing)(xing)介(jie)绍:Ξ型(xing)(xing)n能级原(yuan)子系统(tong)

12.2.2Ξ型n能级原(yuan)子(zi)系(xi)统的动(dong)力学解(jie)耦条件(jian)

12.2.3动(dong)力学解(jie)耦策略的设计

12.2.4Ξ型八能级原子(zi)系统的实(shi)例设计

12.3一般消相(xiang)干下(xia)的动(dong)力学解(jie)耦策略设计

12.3.1动力(li)学(xue)解耦条件推导(dao)

12.3.2动力(li)学解耦方案设计(ji)

12.3.3Ξ型(xing)三能(neng)级原子(zi)系统的实例设计

12.3.4小结

12.4一种(zhong)优化(hua)的动力学解耦策略设计

12.4.1两种动力学解耦策(ce)略原理简介

12.4.2动力(li)学解耦策略的优化设计

12.4.3Ξ型三能(neng)级原子系统的实例仿(fang)真

12.4.4复合动(dong)力学解耦策略(lve)的设计讨(tao)论

12.4.5小结

 

第13章 量子系统(tong)的跟踪控(kong)制

13.1基于(yu)李雅普(pu)诺夫方法(fa)的(de)量子(zi)轨(gui)迹跟踪

13.1.1量(liang)子态的描(miao)述与系统模型

13.1.2控制律的设计(ji)

13.1.3数值仿真实(shi)验及其结(jie)果分析(xi)

13.2量子(zi)系(xi)统的跟踪控制

13.2.1系统模型(xing)及其变换

13.2.2控制律(lv)的(de)设计(ji)

13.2.3数值仿真实(shi)验及其(qi)结果(guo)分析(xi)

13.3不同目标(biao)函数的(de)量子系统动(dong)态跟踪

13.3.1问题描述与控制(zhi)目(mu)标

13.3.2控制系统设计

13.3.3数值仿真(zhen)实(shi)验(yan)及(ji)其结果分(fen)析

13.3.4小结

13.4收敛性(xing)分析(xi)与证明

13.4.1控制系统的模型

13.4.2控制律的设(she)计

13.4.3控制系统跟踪性(xing)能分析

13.4.4数值仿真实验及(ji)其结果分(fen)析

13.4.5小结

 

第14章 量子系(xi)统(tong)控制的应用(yong)

14.1问题描述和控制任务

14.2控制律的设计与系统仿真实验

14.2.1参(can)数调控方法与思路

14.2.2参(can)数(shu)调整(zheng)实验

14.3实验结果分析参考文献



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