量子飛躍:從量子基礎到量子信息科技

陳宇翺，中國科學技術大學教授、博士生導師，歐洲物理學會授予2013年度“菲涅爾獎”，以表彰他在光子、冷原子量子操縱和量子信息、量子模擬等領域的傑出貢獻。

潘建偉，院士，中國科學技術大學教授，國家自然科學一等獎獲得者，“墨子號”量子衛星首席科學家。

序
第1章 量子信息的基礎物理實驗
1.1 驗證量子糾纏：貝爾不等式實驗檢驗
1.1.1 實在性與定域性的概念
1.1.2 貝爾不等式思想
1.1.3 貝爾不等式實驗
1.1.4 我國科學家與貝爾不等式
1.2 多粒子量子糾纏制備
1.2.1 糾纏的概念
1.2.2 多光子糾纏的發展
1.2.3 多粒子糾纏與超冷原子
1.2.4 利用超導制備量子糾纏
1.3 量子隨機數發生器：來自量子測量的真隨機性
1.3.1 受信任設備的方案(Ⅰ)：單光子探測方法
1.3.2 受信任設備的方案(Ⅱ)：宏觀光子探測器
1.3.3 自檢測的量子隨機數發生器
1.3.4 半自檢測的量子隨機數發生器
1.3.5 量子隨機數發生器的發展方向
第2章 量子通信
2.1 現實條件下的量子密鑰分發
2.1.1 BB84協議及其安全性證明結論
2.1.2 誘騙態方法及非精確控制光源的誘騙態理論
2.1.3 MDI-QKD理論及其優化理論與實驗
2.2 連續變量量子密鑰分發
2.2.1 簡介
2.2.2 連續變量QKD的基本原理
2.2.3 連續變量QKD勺研究進展
2.2.4 結語
2.3 光纖城際城域量子通信網
2.3.1 DARPA量子通信網絡
2.3.2 SECOQC量子通信網絡
2.3.3 東京高速量子通信網絡
2.3.4 瑞士量子通信網絡
2.3.5 蕪湖量子政務網05l
2.3.6 量子電話網與合肥全通型量子通信網
2.3.7 合肥城域量子通信試驗示範網
2.3.8 京滬幹線
2.3.9 結語
2.4 量子隱形傳態：用量子糾纏傳輸量子比特
2.4.1 “隔空傳物”可能嗎？
2.4.2 量子隱形傳態的概念
2.4.3 量子隱形傳態的實現
2.5 冷原子系綜量子存儲與量子中繼
2.5.1 量子中繼原理
2.5.2 冷原子系綜量子中繼方案
2.5.3 存儲時間提升
2.5.4 光子接口效率提升
2.5.5 確定性糾纏制備
2.5.6 通信波段接口
2.5.7 多模覆用
2.5.8 綜合存儲性能提升
2.5.9 量子中繼和量子網絡的原理演示
2.5.10 結語
2.6 稀土原子量子存儲與量子中繼
2.6.1 量子存儲簡介
2.6.2 基於稀土摻雜晶體的固態量子存儲
2.6.3 兩能級的固態量子存儲
2.6.4 自旋波存儲
2.6.5 超長相幹壽命
2.6.6 結語
2.7 自由空間(衛星)量子通信與天地一體化量子通信網絡
2.7.1 背景介紹
2.7.2 “墨子號”量子科學實驗衛星
2.7.3 自由空間(衛星)量子通信未來展望
第3章 量子計算與量子模擬
3.1 多功能的光子：光學量子計算與量子模擬
3.1.1 光學量子計算機的系統組成
3.1.2 光學量子計算的發展
3.2 被囚禁的電荷：離子阱量子計算與量子模擬
3.2.1 離子囚禁與泡利型阱
3.2.2 囚禁離子的相幹控制
3.2.3 離子量子計算
3.2.4 離子量子模擬
3.2.5 離子量子計算的規模化與擴展性
3.2.6 結語
3.3 超導電路量子計算與量子模擬
3.3.1 電荷量子比特
3.3.2 磁通量子比特
3.3.3 相位量子比特
3.3.4 傳輸子量子比特
3.3.5 量子比特讀取
3.3.6 結語
3.4 最冷的物質：超冷原子量子模擬
3.4.1 超低溫下的量子效應
3.4.2 激光冷卻技術
3.4.3 超冷原子與超導
3.4.4 光晶格及其應用
3.4.5 結語
3.5 不完美的鉆石：金剛石色心量子計算
3.5.1 鉆石：量子比特最好的朋友？
3.5.2 量子態的初始化與讀出：更純、更亮
3.5.3 量子相幹及其調控：更長、更快、更準
3.5.4 比特擴展：耦合、尋址、糾錯
3.5.5 小小探針，可堪大用
3.5.6 NV的弱磁探測
3.5.7 探針界的多面小能手
3.5.8 結語
3.6 傳統的逆襲：半導體量子點量子計算
3.6.1 引言
3.6.2 半導體量子點構造量子比特
3.6.3 集成化半導體量子芯片
3.6.4 結語
3.7 抵抗退相幹：拓撲量子計算
3.7.1 非阿貝爾任意子
3.7.2 拓撲量子計算
3.7.3 馬約拉納束縛態與拓撲量子計算
3.8 量子計算機軟件：量子算法的研究與展望
3.8.1 量子算法概覽
3.8.2 量子計算模型
3.8.3 Deutsch—Josza算法、simon算法與Shor算法
3.8.4 量子搜索算法
3.8.5 量子相位估計
3.8.6 量子機器學習
3.8.7 量子近似優化算法
3.8.8 結語
第4章 量子精密測量
4.1 薛定諤貓與量子技術
4.1.1 薛定諤貓：思想實驗與物理內涵
4.1.2 薛定諤貓態：科學之爭
4.1.3 量子到經典之路：退相幹歷史
4.1.4 從經典到量子：科學“尋貓之旅”與2012年諾貝爾物理學獎
4.1.5 “捕捉”薛定諤貓態與量子技術
4.1.6 展望
4.2 時間和頻率的測量與傳遞
4.2.1 時間是怎麼產生的？
4.2.2 用什麼來測量時間？
4.2.3 我們怎麼得到時間？