量子系统控制理论与方法

总序

前言

第1章 概论

1.1 量子系统控制的发展状况

1.2 量子分子动力学中的操纵技术及其系统控制理论

1.2.1 量子分子动力学的操纵技术

1.2.2 激光脉冲成型操纵技术

1.2.3 波包泵浦一当浦方案

1.2.4 量子分子动力学的控制理论

1.2.5 系统幺正演化矩阵的控制

1.2.6 几何控制

1.2.7 量子最优控制理论

1.2.8 基于李雅普诺夫稳定性理论的量子控制方法

1.3 量子系统中状态估计方法

1.3.1 量子系统状态估计的背景

1.3.2 基于测量全同复本系统的量子状态估计方法

1.3.3 基于系统论观点的量子状态重构方法

1.4 开放量子系统消相干控制研究进展

1.4.1 量子系统中的消相干现象

1.4.2 抑制消相干的控制策略

1.5 开放量子系统量子态相干保持的控制策略

1.5.1 编码方法

1.5.2 量子动力学解耦

1.5.3 最优控制法

1.5.4 相干控制法

1.5.5 反馈控制法

1.5.6 复合控制

1.6 本书内容安排

第2章 量子系统模型的求解与分析

2.1 量子系统状态与Bloch球的几何关系

2.1.1 纯态与Bloch矢量的对应关系

2.1.2 混合态的Bloch球几何表示

2.1.3 小结

2.2 纯态与混合态的几何代数分析

2.2.1 纯态的几何代数表示方法

2.2.2 混合态的几何代数表示方法

2.2.3 几何代数表示方法与Bloch矢量的对应关系

2.3 二阶含时量子系统状态演化的一种求解方法

2.3.1 时变系统矩阵的一般分析

2.3.2 时变系统矩阵的变换

2.3.3 基于系统矩阵本征值和本征态的简化运算

2.3.4 应用举例

2.4 基于Bloch球的量子系统轨迹控制

2.4.1 单量子比特的Bloch球表示

2.4.2 单自旋1／2粒子的控制

2.4.3 数值仿真实验及其结果分析

第3章 封闭量子系统的控制方法

3.1 基于Krotov法的量子最优控制

3.1.1 量子系统中的最优控制方法

3.1.2 改进的量子最优控制方法

3.1.3 Krotov最优控制设计方法

3.1.4 数值仿真实验及其性能分析

3.2 基于最优搜索步长的量子控制

3.2.1 最优控制律的求解

3.2.2 自旋1／2粒子系统的应用实例

3.3 平均最优控制在量子系统中的应用

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 数值仿真实验及其结果分析

3.3.4 小结

3.4 自旋1／2粒子系统的相位相干控制

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系统布居数转移的控制

3.5.1 控制脉冲与系统哈密顿量的关系

……

第4章 基于李雅普诺夫的量子系统控制理论：本征态制备

第5章 基于李雅普诺夫的量子系统控制理论：一般态转移

第6章 基于李雅普诺夫量子系统控制理论：收敛性分析

第7章 退化情况下的李雅普诺夫控制方法

第8章 纠缠态的探测与制备

第9章 开放量子系统的模型

第10章 开放量子系统状态调控

第11章 无消相干子空间中量子态的控制与保持

第12章 动力学解耦量子控制方法

第13章 量子系统的跟踪控制

第14章 量子系统控制的应用

《量子系统控制理论与方法/“十二五”国家重点图书出版规划项目·中国科学技术大学精品教材》从量子系统状态与Bloch球的几何关系以及二阶含时量子系统状态演化的一种求解方法人手，分别对封闭和开放量子系统的控制理论与方法的原理、性能分析、控制律设计、系统仿真实验及其结果分析进行了系统深入的介绍，在封闭量子系统的控制理论与方法中，主要内容包括：基于Krotov法的量子最优控制、改进的量子最优控制方法、基于最优搜索步长的量子控制、平均最优控制在量子系统中的应用、自旋1／2粒子系统的相位相干控制、高维自旋1／2系统布居数转移的控制等；在基于李雅普诺夫稳定定理的量子系统控制理论中，分别介绍了基于距离、偏差和虚拟力学量均值的李雅普诺夫控制方法，并且分别针对本征态制备和一般态转移的控制方法进行了专门的介绍；在基于李雅普诺夫量子系统控制理论的收敛性分析方面，分别就理想条件与退化情况进行了收敛的李雅普诺夫控制的具体设计与收敛性证明；在开放量子系统的控制理论与方法中，分别给出了纠缠态的探测与制备、布居数转移、纯度保持、耗散补偿的理论与方法，有关开放量子系统控制理论与方法的主要内容包括：无消相干子空间中量子态的控制与保持和动力学解耦量子控制方法。
　　《量子系统控制理论与方法/“十二五”国家重点图书出版规划项目·中国科学技术大学精品教材》还对量子系统的跟踪控制理论进行了专门的讨论。
　　《量子系统控制理论与方法/“十二五”国家重点图书出版规划项目·中国科学技术大学精品教材》可以作为控制科学与工程领域中有关量子控制理论与方法的研究生教材，也可以作为量子物理化学、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、计算科学等领域中的研究生和科研人员的参考书籍。