量子控制系统设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

丛爽，双丰，吴热冰 著

图书标签:

• 量子控制
• 量子系统
• 控制系统
• 量子信息
• 量子技术
• 现代控制
• 优化算法
• 物理工程
• 自动化
• 系统设计

出版社： 中国科学技术大学出版社

ISBN：9787312039805

版次：1

商品编码：12070774

包装：平装

开本：16开

出版时间：2016-08-01

用纸：胶版纸

内容简介

本书包含量子系统控制系统的设计的全过程：从量子态的描述和量子态与算符入手，分别对量子系统中的各种演化方程及其特性进行了介绍与分析；就量子系统控制中所特有的有关本征态、叠加态、混合态等状态的制备、调控、跟踪以及保持等量子控制问题进行数学上的描述；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设计；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；最后本书给出实际应用中的量子点控制系统设计的全过程，包括如何解决控制算法在实际实验中控制时间长度上与实验装置可实现条件之间的矛盾等实际问题。本书可供量子物理化学、量子计算、量子信息与通讯以及电子、工程、应用数学、计算科学等领域中的研究生以及科研人员参考。

作者简介

丛爽，博士，中国科学技术大学信息学院教授。发表SCI、EI、ISTP收录的论文150余篇，独立出版专著4部，主编教材2本，合著专著4部。获得国家发明专利2项，曾获中国科学院优秀青年学者奖，先后独立承担国家自然科学基金、中国科学院院长基金、安徽省自然科学基金等近20项研究课题。

目录

前言第1章概论正在写作中第2章量子控制系统模型及控制理论基础2.1量子态描述2.2力学（物理）量与算符2.3量子态的演化方程2.3.1薛定谔方程2.3.2刘威尔方程2.3.3马尔科夫开放量子系统主方程2.3.4非马尔科夫开放量子系统主方程2.3.5随机开放量子系统滤波方程2.4量子态演化方程的图景变换2.5量子控制问题的数学描述2.6量子李雅普诺夫稳定性定理第3章非退化封闭量子控制系统的设计3.1本征态的转移控制3.1.1基于状态之间距离的量子李雅普诺夫控制系统设计3.1.1.1系统控制律的设计3.1.1.2控制系统的数值仿真例题3.1.2基于状态偏差的量子李雅普诺夫控制系统设计3.1.2.1系统控制律的设计3.1.2.2控制系统的数值仿真例题3.1.3基于虚拟力学量均值的李雅普诺夫控制系统设计3.1.3.1系统控制律的设计3.1.3.2控制系统的数值仿真例题3.2叠加态的转移控制3.2.1任意纯态之间转移的控制律设计3.2.2控制系统的数值仿真例题3.3对易于内部哈密顿量的混合态调控3.3.1系统控制律的设计3.3.2控制系统的数值仿真例题3.4非对易于内部哈密顿量的混合态调控3.5量子系统跟踪控制的设计3.6量子逻辑门算符的制备第4章退化封闭量子控制系统的设计4.1纯态的转移控制4.1.1基于状态之间距离的量子隐李雅普诺夫控制系统设计4.1.1.1系统控制律的设计4.1.1.2控制系统的数值仿真例题4.1.2基于状态偏差的量子隐李雅普诺夫控制系统设计4.1.2.1系统控制律的设计4.1.2.2控制系统的数值仿真例题4.1.3基于距离和偏差的方法之间的关系4.1.4基于虚拟力学量均值的隐李雅普诺夫控制系统设计4.2任意量子态的转移控制4.3统一形式的控制律的设计第5章开放量子控制系统的设计5.1马尔科夫开放量子系统的状态控制5.2马尔科夫开放量子系统的状态跟踪5.3非马尔科夫开放量子系统的状态控制5.4非马尔科夫开放量子系统门算符的制备和保持5.5随机开放量子控制系统的设计第6章量子系统控制应用6.1量子点系统6.2问题描述和控制任务6.3控制系统的设计6.4系统实验及其结果分析参考文献

经典力学之谜：从牛顿到拉格朗日 本书导言 在人类探索自然规律的宏伟史诗中，经典力学无疑占据着奠基性的地位。它不仅为我们理解宏观世界的运动提供了坚实的数学框架，更深刻地影响了后世物理学和工程学的诸多分支。然而，即便是这套被誉为“完美”的理论体系，也潜藏着诸多不易察觉的深刻奥秘和思想演进。 本书《经典力学之谜：从牛顿到拉格朗日》旨在带领读者超越教科书上对基本定律的机械记忆，深入剖析经典力学自诞生之初至其成熟阶段的思想脉络、数学结构以及尚未解决的哲学困境。我们不满足于仅仅介绍牛顿的运动定律，而是要探究这些定律在不同参考系下的适用边界，以及它们如何被更抽象、更具普适性的变分原理所取代和升华。 第一部分：牛顿体系的辉煌与局限 第一章：力的本体论：牛顿力学的基石重估 牛顿的《自然哲学的数学原理》是现代科学的灯塔。本章将从历史和哲学的角度，细致考察“绝对空间”和“绝对时间”这两个核心假设。我们将深入讨论牛顿第二定律 $mathbf{F} = mmathbf{a}$ 的内在含义，区分惯性力与真实力，并探讨动量守恒、角动量守恒在牛顿框架下是如何自然涌现的。我们还将分析早期对“超距作用”引力理论的争议，揭示其在数学上的优雅与物理概念上的不完备性。通过分析如开普勒定律的推导过程，读者将体会到几何直觉与微积分工具相结合的巨大威力。 第二章：运动的几何学：刚体、振动与耦合系统 在牛顿力学框架下，系统的复杂性往往体现在其自由度（Degrees of Freedom）的爆炸性增长。本章将聚焦于一个核心挑战：如何有效地处理多粒子系统和刚体运动。我们将详细解析刚体的转动惯量概念，探讨欧拉角在描述三维定向时的奇异性（万向节死锁），并引入简单的谐振子模型——单摆和弹簧振子——来介绍周期性运动的数学描述。重点在于，我们将探讨当系统耦合时（例如双摆问题），直接求解牛顿方程的难度呈指数级增长，这预示着理论工具升级的必要性。 第三部分：解析力学的诞生：从约束到变分原理 第三章：约束的解放：广义坐标的引入 经典力学在遇到复杂约束（如在固定曲面上的滑动）时，牛顿法需要引入大量的约束力，计算变得异常繁琐。本章是本书的转折点，我们将介绍解析力学的核心思想——摆脱对笛卡尔坐标系的依赖。读者将学习如何用最少的独立变量——广义坐标 $q_i$——来描述系统的构型。我们将详细分析不同类型的几何约束，区分完整约束和非完整约束，并展示广义坐标如何有效地“消除”掉冗余的力和约束力，使得问题聚焦于系统的内在动力学。 第四章：达朗贝尔的洞察：虚拟功与最小作用量 达朗贝尔原理（D'Alembert's Principle）是连接静力学和动力学的桥梁，它将动力学问题转化为一类特殊的静力学平衡问题（在惯性力的作用下）。本章将深入讲解“虚位移”和“虚功”的概念。通过对达朗贝尔原理的系统化处理，我们将推导出拉格朗日力学的核心驱动力——欧拉-拉格朗日方程。我们将阐明，拉格朗日量 $L = T - V$（动能减去势能）的引入，是如何将一个二阶微分方程组（牛顿法）转化为一个包含两个一阶微分方程组的、形式上更加统一的描述。 第五章：拉格朗日力学：对称性与守恒律的深刻联系 拉格朗日力学不仅在数学形式上更优雅，更重要的是，它揭示了物理定律深层次的结构。本章将专注于诺特定理（Noether's Theorem）在经典力学中的应用。我们将证明，系统的时不变性导致能量守恒，系统的空间平移不变性导致动量守恒，而系统的转动不变性则导致角动量守恒。这种对“守恒量”与“系统对称性”之间深刻联系的揭示，是经典力学发展史上最伟大的思想飞跃之一。我们将通过具体的例子，展示如何利用这些守恒量来简化复杂的运动方程。 第三部分：经典力学的未竟之路 第六章：哈密顿的升华：相空间的概念与正则变换 拉格朗日力学虽然强大，但其描述的焦点仍是“配置空间”（Configuration Space）。本书的收官部分将转向哈密顿力学，这是一种更基础、更抽象的描述方式。我们将介绍哈密顿量 $H$（通常是总能量），以及如何从拉格朗日量通过勒让德变换得到哈密顿量。核心在于引入“相空间”（Phase Space）——一个由广义坐标 $q_i$ 和共轭动量 $p_i$ 构成的 $2n$ 维空间。哈密顿方程以其对称且简洁的形式，为后续的统计力学和量子力学奠定了不可或缺的数学基础。本章还将初步探讨泊松括号（Poisson Brackets）的概念，暗示着经典力学如何自然地过渡到量子力学中的对易关系。 结语：超越经典：对确定性边界的反思 经典力学，无论是牛顿的直观表述还是哈密顿的抽象框架，都建立在一个确定性的宇宙观之上。然而，本书的分析也隐约暴露了其局限性：对非保守系统的处理难度、对初始条件的极端敏感性（混沌理论的萌芽），以及对微观世界的无能为力。通过这场从力到能量，从直觉到对称性的深刻旅程，我们不仅掌握了描述宏观运动的工具，更领悟了物理学思想演进的内在逻辑。本书旨在为读者构建一座坚实的桥梁，使其能够自信地迈向相对论和量子力学的更广阔天地。

评分☆☆☆☆☆

“量子控制系统设计”这个书名本身就充满了未来主义的色彩。我设想，这本书可能会探讨如何利用量子叠加态的并行计算能力，来加速复杂控制任务的求解，例如在线的优化和决策。或许，书中还会介绍如何利用量子态的纠缠特性，来实现超远距离的协同控制，或者构建具有全新通信和计算能力的分布式系统。我非常好奇，这本书会如何处理量子世界固有的不确定性和概率性，将其融入到“控制”这一要求精确性的概念中。它是否会提出一些基于概率论和统计学的控制方法，来应对量子系统的内在随机性？我期待书中能够涵盖一些关于量子算法的讨论，例如如何利用量子傅里叶变换或格罗弗搜索算法来优化控制策略，或者加速对复杂系统的建模。这本书是否会深入探讨量子反馈的概念，以及如何设计有效的量子反馈回路来稳定和操纵量子系统？

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名让我眼前一亮，"量子控制系统设计"，听起来就充满了前沿科技感。我一直对量子力学在实际应用中的可能性感到好奇，而控制系统又是工程领域至关重要的一环。想象一下，如果能将量子现象的奇特性质应用于控制系统，那将会带来怎样颠覆性的变革？它是否能让我们的计算能力实现质的飞跃，或者在精密测量和传感方面达到前所未有的高度？我设想，这本书可能会深入探讨量子比特的特性，以及如何利用量子叠加、量子纠缠等现象来构建全新的控制逻辑。或许还会介绍一些量子算法，如何这些算法在解决传统控制问题时展现出独特的优势，例如在优化、模拟或者机器学习方面。我特别期待书中能够提供一些实际的案例分析，展示量子控制系统在哪些具体的工业场景中已经开始显现出其潜力，比如在新型材料研发、药物设计、或者甚至在太空探索领域。即便我并非该领域的专业研究者，单是阅读其概念和可能性，就足以激发我无穷的想象力。

评分☆☆☆☆☆

从书名来看，这本书似乎在挑战我们对传统控制理论的固有认知。我们习惯了基于经典物理学的反馈回路、PID控制器以及稳定性分析。然而，量子世界遵循的规则截然不同。书中是否会解释，当我们将量子系统置于控制之下时，会遇到哪些特有的挑战？例如，量子退相干如何影响控制的精度？如何设计能够抵抗噪声的量子控制器？我猜想，书中可能需要引入一系列新的数学工具和理论框架，来描述和分析量子系统的行为。这可能包括量子态演化、密度算符、以及量子概率的运用。我很好奇，这本书会如何解释“设计”这个词在量子控制语境下的含义。它是否意味着对量子态进行主动的塑造和干预，以达到预期的目标？书中是否会提供一些具体的控制协议，类似于经典控制中的步进响应或频率响应分析，但应用于量子比特的状态转移或量子信息的提取？我很想知道，这本书是否能以一种易于理解的方式，将这些复杂的量子概念与控制工程的直观性结合起来。

评分☆☆☆☆☆

这本书的题目“量子控制系统设计”让我联想到科幻小说中的场景。虽然我知道这并非虚构，但量子世界本身的神秘感和不确定性，与“控制”这个通常意味着精确和稳定的概念形成了鲜明的对比。我期待书中能深入探讨这种张力。它可能介绍如何利用量子态的概率性来设计具有鲁棒性的控制器，或者如何利用量子纠缠实现分布式控制的全新范式。或许，书中还会触及一些前沿的量子硬件平台，例如超导量子比特、离子阱或者拓扑量子计算，以及这些平台如何为量子控制系统的实现提供基础。我尤其好奇，作者会如何解释“系统”这个词在量子领域的意义。是一个个孤立的量子比特，还是相互作用的量子网络？设计这样的系统，其复杂程度和挑战性，想必远超我们对经典系统的理解。这本书是否会涉及一些关于量子信息传输和处理的原理，以及如何将其融入到控制的闭环中？

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题“量子控制系统设计”给我一种强烈的探索感，仿佛即将踏入一个未知的科技前沿。我猜想，书中会详细阐述如何精确地操纵量子态，使其按照我们的意愿进行演化。这可能涉及到对量子比特的初始化、门操作，以及如何通过测量来提取控制信息。书中是否会解释，在量子控制中，如何平衡量子系统的脆弱性与控制的需求？例如，如何设计一种控制策略，既能实现期望的功能，又能最小化量子退相干的影响？我对于书中可能提供的数学模型和分析方法非常感兴趣。它是否会借鉴现代控制理论中的一些概念，比如最优控制、自适应控制，并将其推广到量子领域？抑或是，会引入一些全新的、纯粹基于量子力学原理的控制方法？我期待书中能提供一些关于量子控制系统应用前景的展望，比如在量子通信、量子传感，甚至在基础科学研究中的潜在影响。