量子控製係統設計 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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叢爽，雙豐，吳熱冰 著

圖書標籤:

• 量子控製
• 量子係統
• 控製係統
• 量子信息
• 量子技術
• 現代控製
• 優化算法
• 物理工程
• 自動化
• 係統設計

齣版社： 中國科學技術大學齣版社

ISBN：9787312039805

版次：1

商品編碼：12070774

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2016-08-01

用紙：膠版紙

內容簡介

本書包含量子係統控製係統的設計的全過程：從量子態的描述和量子態與算符入手，分彆對量子係統中的各種演化方程及其特性進行瞭介紹與分析；就量子係統控製中所特有的有關本徵態、疊加態、混閤態等狀態的製備、調控、跟蹤以及保持等量子控製問題進行數學上的描述；專門應用已經建立起的量子李雅普諾夫控製理論，分彆對封閉和開放量子控製係統進行設計；在開放量子控製係統的設計中，著重分析瞭馬爾科夫、非馬爾科夫和隨機開放量子係統的內部特性；最後本書給齣實際應用中的量子點控製係統設計的全過程，包括如何解決控製算法在實際實驗中控製時間長度上與實驗裝置可實現條件之間的矛盾等實際問題。本書可供量子物理化學、量子計算、量子信息與通訊以及電子、工程、應用數學、計算科學等領域中的研究生以及科研人員參考。

作者簡介

叢爽，博士，中國科學技術大學信息學院教授。發錶SCI、EI、ISTP收錄的論文150餘篇，獨立齣版專著4部，主編教材2本，閤著專著4部。獲得國傢發明專利2項，曾獲中國科學院優秀青年學者奬，先後獨立承擔國傢自然科學基金、中國科學院院長基金、安徽省自然科學基金等近20項研究課題。

目錄

前言第1章概論正在寫作中第2章量子控製係統模型及控製理論基礎2.1量子態描述2.2力學（物理）量與算符2.3量子態的演化方程2.3.1薛定諤方程2.3.2劉威爾方程2.3.3馬爾科夫開放量子係統主方程2.3.4非馬爾科夫開放量子係統主方程2.3.5隨機開放量子係統濾波方程2.4量子態演化方程的圖景變換2.5量子控製問題的數學描述2.6量子李雅普諾夫穩定性定理第3章非退化封閉量子控製係統的設計3.1本徵態的轉移控製3.1.1基於狀態之間距離的量子李雅普諾夫控製係統設計3.1.1.1係統控製律的設計3.1.1.2控製係統的數值仿真例題3.1.2基於狀態偏差的量子李雅普諾夫控製係統設計3.1.2.1係統控製律的設計3.1.2.2控製係統的數值仿真例題3.1.3基於虛擬力學量均值的李雅普諾夫控製係統設計3.1.3.1係統控製律的設計3.1.3.2控製係統的數值仿真例題3.2疊加態的轉移控製3.2.1任意純態之間轉移的控製律設計3.2.2控製係統的數值仿真例題3.3對易於內部哈密頓量的混閤態調控3.3.1係統控製律的設計3.3.2控製係統的數值仿真例題3.4非對易於內部哈密頓量的混閤態調控3.5量子係統跟蹤控製的設計3.6量子邏輯門算符的製備第4章退化封閉量子控製係統的設計4.1純態的轉移控製4.1.1基於狀態之間距離的量子隱李雅普諾夫控製係統設計4.1.1.1係統控製律的設計4.1.1.2控製係統的數值仿真例題4.1.2基於狀態偏差的量子隱李雅普諾夫控製係統設計4.1.2.1係統控製律的設計4.1.2.2控製係統的數值仿真例題4.1.3基於距離和偏差的方法之間的關係4.1.4基於虛擬力學量均值的隱李雅普諾夫控製係統設計4.2任意量子態的轉移控製4.3統一形式的控製律的設計第5章開放量子控製係統的設計5.1馬爾科夫開放量子係統的狀態控製5.2馬爾科夫開放量子係統的狀態跟蹤5.3非馬爾科夫開放量子係統的狀態控製5.4非馬爾科夫開放量子係統門算符的製備和保持5.5隨機開放量子控製係統的設計第6章量子係統控製應用6.1量子點係統6.2問題描述和控製任務6.3控製係統的設計6.4係統實驗及其結果分析參考文獻

經典力學之謎：從牛頓到拉格朗日 本書導言 在人類探索自然規律的宏偉史詩中，經典力學無疑占據著奠基性的地位。它不僅為我們理解宏觀世界的運動提供瞭堅實的數學框架，更深刻地影響瞭後世物理學和工程學的諸多分支。然而，即便是這套被譽為“完美”的理論體係，也潛藏著諸多不易察覺的深刻奧秘和思想演進。 本書《經典力學之謎：從牛頓到拉格朗日》旨在帶領讀者超越教科書上對基本定律的機械記憶，深入剖析經典力學自誕生之初至其成熟階段的思想脈絡、數學結構以及尚未解決的哲學睏境。我們不滿足於僅僅介紹牛頓的運動定律，而是要探究這些定律在不同參考係下的適用邊界，以及它們如何被更抽象、更具普適性的變分原理所取代和升華。 第一部分：牛頓體係的輝煌與局限 第一章：力的本體論：牛頓力學的基石重估 牛頓的《自然哲學的數學原理》是現代科學的燈塔。本章將從曆史和哲學的角度，細緻考察“絕對空間”和“絕對時間”這兩個核心假設。我們將深入討論牛頓第二定律 $mathbf{F} = mmathbf{a}$ 的內在含義，區分慣性力與真實力，並探討動量守恒、角動量守恒在牛頓框架下是如何自然湧現的。我們還將分析早期對“超距作用”引力理論的爭議，揭示其在數學上的優雅與物理概念上的不完備性。通過分析如開普勒定律的推導過程，讀者將體會到幾何直覺與微積分工具相結閤的巨大威力。 第二章：運動的幾何學：剛體、振動與耦閤係統 在牛頓力學框架下，係統的復雜性往往體現在其自由度（Degrees of Freedom）的爆炸性增長。本章將聚焦於一個核心挑戰：如何有效地處理多粒子係統和剛體運動。我們將詳細解析剛體的轉動慣量概念，探討歐拉角在描述三維定嚮時的奇異性（萬嚮節死鎖），並引入簡單的諧振子模型——單擺和彈簧振子——來介紹周期性運動的數學描述。重點在於，我們將探討當係統耦閤時（例如雙擺問題），直接求解牛頓方程的難度呈指數級增長，這預示著理論工具升級的必要性。 第三部分：解析力學的誕生：從約束到變分原理 第三章：約束的解放：廣義坐標的引入 經典力學在遇到復雜約束（如在固定麯麵上的滑動）時，牛頓法需要引入大量的約束力，計算變得異常繁瑣。本章是本書的轉摺點，我們將介紹解析力學的核心思想——擺脫對笛卡爾坐標係的依賴。讀者將學習如何用最少的獨立變量——廣義坐標 $q_i$——來描述係統的構型。我們將詳細分析不同類型的幾何約束，區分完整約束和非完整約束，並展示廣義坐標如何有效地“消除”掉冗餘的力和約束力，使得問題聚焦於係統的內在動力學。 第四章：達朗貝爾的洞察：虛擬功與最小作用量 達朗貝爾原理（D'Alembert's Principle）是連接靜力學和動力學的橋梁，它將動力學問題轉化為一類特殊的靜力學平衡問題（在慣性力的作用下）。本章將深入講解“虛位移”和“虛功”的概念。通過對達朗貝爾原理的係統化處理，我們將推導齣拉格朗日力學的核心驅動力——歐拉-拉格朗日方程。我們將闡明，拉格朗日量 $L = T - V$（動能減去勢能）的引入，是如何將一個二階微分方程組（牛頓法）轉化為一個包含兩個一階微分方程組的、形式上更加統一的描述。 第五章：拉格朗日力學：對稱性與守恒律的深刻聯係 拉格朗日力學不僅在數學形式上更優雅，更重要的是，它揭示瞭物理定律深層次的結構。本章將專注於諾特定理（Noether's Theorem）在經典力學中的應用。我們將證明，係統的時不變性導緻能量守恒，係統的空間平移不變性導緻動量守恒，而係統的轉動不變性則導緻角動量守恒。這種對“守恒量”與“係統對稱性”之間深刻聯係的揭示，是經典力學發展史上最偉大的思想飛躍之一。我們將通過具體的例子，展示如何利用這些守恒量來簡化復雜的運動方程。 第三部分：經典力學的未竟之路 第六章：哈密頓的升華：相空間的概念與正則變換 拉格朗日力學雖然強大，但其描述的焦點仍是“配置空間”（Configuration Space）。本書的收官部分將轉嚮哈密頓力學，這是一種更基礎、更抽象的描述方式。我們將介紹哈密頓量 $H$（通常是總能量），以及如何從拉格朗日量通過勒讓德變換得到哈密頓量。核心在於引入“相空間”（Phase Space）——一個由廣義坐標 $q_i$ 和共軛動量 $p_i$ 構成的 $2n$ 維空間。哈密頓方程以其對稱且簡潔的形式，為後續的統計力學和量子力學奠定瞭不可或缺的數學基礎。本章還將初步探討泊鬆括號（Poisson Brackets）的概念，暗示著經典力學如何自然地過渡到量子力學中的對易關係。 結語：超越經典：對確定性邊界的反思 經典力學，無論是牛頓的直觀錶述還是哈密頓的抽象框架，都建立在一個確定性的宇宙觀之上。然而，本書的分析也隱約暴露瞭其局限性：對非保守係統的處理難度、對初始條件的極端敏感性（混沌理論的萌芽），以及對微觀世界的無能為力。通過這場從力到能量，從直覺到對稱性的深刻旅程，我們不僅掌握瞭描述宏觀運動的工具，更領悟瞭物理學思想演進的內在邏輯。本書旨在為讀者構建一座堅實的橋梁，使其能夠自信地邁嚮相對論和量子力學的更廣闊天地。

評分☆☆☆☆☆

“量子控製係統設計”這個書名本身就充滿瞭未來主義的色彩。我設想，這本書可能會探討如何利用量子疊加態的並行計算能力，來加速復雜控製任務的求解，例如在綫的優化和決策。或許，書中還會介紹如何利用量子態的糾纏特性，來實現超遠距離的協同控製，或者構建具有全新通信和計算能力的分布式係統。我非常好奇，這本書會如何處理量子世界固有的不確定性和概率性，將其融入到“控製”這一要求精確性的概念中。它是否會提齣一些基於概率論和統計學的控製方法，來應對量子係統的內在隨機性？我期待書中能夠涵蓋一些關於量子算法的討論，例如如何利用量子傅裏葉變換或格羅弗搜索算法來優化控製策略，或者加速對復雜係統的建模。這本書是否會深入探討量子反饋的概念，以及如何設計有效的量子反饋迴路來穩定和操縱量子係統？

評分☆☆☆☆☆

從書名來看，這本書似乎在挑戰我們對傳統控製理論的固有認知。我們習慣瞭基於經典物理學的反饋迴路、PID控製器以及穩定性分析。然而，量子世界遵循的規則截然不同。書中是否會解釋，當我們將量子係統置於控製之下時，會遇到哪些特有的挑戰？例如，量子退相乾如何影響控製的精度？如何設計能夠抵抗噪聲的量子控製器？我猜想，書中可能需要引入一係列新的數學工具和理論框架，來描述和分析量子係統的行為。這可能包括量子態演化、密度算符、以及量子概率的運用。我很好奇，這本書會如何解釋“設計”這個詞在量子控製語境下的含義。它是否意味著對量子態進行主動的塑造和乾預，以達到預期的目標？書中是否會提供一些具體的控製協議，類似於經典控製中的步進響應或頻率響應分析，但應用於量子比特的狀態轉移或量子信息的提取？我很想知道，這本書是否能以一種易於理解的方式，將這些復雜的量子概念與控製工程的直觀性結閤起來。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題“量子控製係統設計”給我一種強烈的探索感，仿佛即將踏入一個未知的科技前沿。我猜想，書中會詳細闡述如何精確地操縱量子態，使其按照我們的意願進行演化。這可能涉及到對量子比特的初始化、門操作，以及如何通過測量來提取控製信息。書中是否會解釋，在量子控製中，如何平衡量子係統的脆弱性與控製的需求？例如，如何設計一種控製策略，既能實現期望的功能，又能最小化量子退相乾的影響？我對於書中可能提供的數學模型和分析方法非常感興趣。它是否會藉鑒現代控製理論中的一些概念，比如最優控製、自適應控製，並將其推廣到量子領域？抑或是，會引入一些全新的、純粹基於量子力學原理的控製方法？我期待書中能提供一些關於量子控製係統應用前景的展望，比如在量子通信、量子傳感，甚至在基礎科學研究中的潛在影響。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名讓我眼前一亮，"量子控製係統設計"，聽起來就充滿瞭前沿科技感。我一直對量子力學在實際應用中的可能性感到好奇，而控製係統又是工程領域至關重要的一環。想象一下，如果能將量子現象的奇特性質應用於控製係統，那將會帶來怎樣顛覆性的變革？它是否能讓我們的計算能力實現質的飛躍，或者在精密測量和傳感方麵達到前所未有的高度？我設想，這本書可能會深入探討量子比特的特性，以及如何利用量子疊加、量子糾纏等現象來構建全新的控製邏輯。或許還會介紹一些量子算法，如何這些算法在解決傳統控製問題時展現齣獨特的優勢，例如在優化、模擬或者機器學習方麵。我特彆期待書中能夠提供一些實際的案例分析，展示量子控製係統在哪些具體的工業場景中已經開始顯現齣其潛力，比如在新型材料研發、藥物設計、或者甚至在太空探索領域。即便我並非該領域的專業研究者，單是閱讀其概念和可能性，就足以激發我無窮的想象力。

評分☆☆☆☆☆

這本書的題目“量子控製係統設計”讓我聯想到科幻小說中的場景。雖然我知道這並非虛構，但量子世界本身的神秘感和不確定性，與“控製”這個通常意味著精確和穩定的概念形成瞭鮮明的對比。我期待書中能深入探討這種張力。它可能介紹如何利用量子態的概率性來設計具有魯棒性的控製器，或者如何利用量子糾纏實現分布式控製的全新範式。或許，書中還會觸及一些前沿的量子硬件平颱，例如超導量子比特、離子阱或者拓撲量子計算，以及這些平颱如何為量子控製係統的實現提供基礎。我尤其好奇，作者會如何解釋“係統”這個詞在量子領域的意義。是一個個孤立的量子比特，還是相互作用的量子網絡？設計這樣的係統，其復雜程度和挑戰性，想必遠超我們對經典係統的理解。這本書是否會涉及一些關於量子信息傳輸和處理的原理，以及如何將其融入到控製的閉環中？