本书是从实际应用角度来考虑量子系统控制过程中所涉及的有关测量、量子状态估计、反馈控制器设计及其实际应用方面内容的一本著作。探讨了测量对系统状态的影响以及借助于最优测量来对状态进行调控的可能性。在量子状态估计方面，详细给出了基于压缩传感理论的量子态参数估计的设计过程。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控制器设计，对各种不同情况下的调控任务给出了具体的设计方案。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，以及相互之间的特性关系，分别就状态和算符门的制备、转移、保持等控制系统给出了专门的量子控制器设计以及量子控制系统仿真与结果的分析过程。在实际应用中，分别进行了双量子点控制系统的设计以及核磁共振量子控制系统的实用设计。 本书可作为量子物理化学、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、控制工程等领域的高年级本科生或研究生有关量子系统控制的教材或参考书。

前言
第1章 概论
1.1 量子计算机的发展
1.2 实现量子计算机的物理系统
1.2.1 腔电子动力学
1.2.2 离子阱
1.2.3 超导电路
1.2.4 核磁共振
1.2.5 量子点
1.3 基于压缩传感理论的量子系统状态估计
1.4 量子系统控制的研究
1.4.1 量子系统的可控性及开环控制
1.4.2 量子系统的反馈控制
1.4.3 量子李雅普诺夫控制方法
1.5 本书内容安排
第2章 量子系统及其控制理论基础
2.1 量子系统基本概念
2.1.1 纯态的态矢量描述
2.1.2 量子系综的密度矩阵表
2.1.3 力学量与算符
2.1.4 复合量子系统和状态空间的运算
2.1.5 量子位和量子逻辑门
2.2 量子系统的测量
2.3 封闭量子系统状态演化方程
2.3.1 薛定谔方程
2.3.2 刘威尔方程
2.4 量子态演化方程的图景变换
2.5 开放量子系统的状态演化方程
2.5.1 马尔科夫开放量子系统主方程
2.5.2 非马尔科夫开放量子系统主方程
2.5.3 非马尔科夫开放量子系统求解
2.5.4 随机开放量子系统模型及其求解
2.6 李雅普诺夫稳定性定理
第3章 封闭量子控制系统的设计
3.1 本征态之间的状态转移
3.1.1 基于状态之间距离的量子李雅普诺夫控制律的设计
3.1.2 基于状态偏差的量子李雅普诺夫控制律的设计
3.1.3 基于虚拟力学量均值的量子李雅普诺夫控制律的设计
3.2 叠加态之间的状态转移
3.3 混合态之间的状态转移
3.4 虚拟力学量P的构造原则
3.5 退化情况下的李雅普诺夫控制律的设计
3.5.1 控制系统模型
3.5.2 微扰函数的设计
3.5.3 目标态为对角阵情况下的控制律设计
3.5.4 目标态为非对角阵情况下的控制律设计
3.5.5 小结
3.6 算符Hadamard门的制备
3.6.1 量子点单个电子的数学模型
3.6.2 酉旋转门的标准形式
3.6.3 Hadamard门的制备过程
3.6.4 制备Hadamard门的控制律设计
3.6.5 数值实验及结果分析
第4章 基于最优测量的量子状态转移
4.1 投影测量及其控制问题
4.2 最优投影测量的必要条件
4.3 通过一次序列测量的最优状态转移
4.3.1 纯态之间的转移
4.3.2 混合态和纯态间的转移
4.3.3 正交混合态间的转移
4.4 基于瞬时测量调控二能级量子系统状态
4.5 基于连续测量调控二能级量子系统状态
4.6 测量辅助相干控制下动力学对称系统的总体最优演化
4.7 测量控制的误差分析
4.8 系统仿真及特性分析
4.8.1 无自由演化情况下本征态最优测量控制实验
4.8.2 考虑自由演化影响的本征态最优测量控制实验
4.9 小结
第5章 量子层析及量子状态估计方法
第6章 压缩传感理论及其在量子态估计中的应用
第7章 马尔科夫开放量子系统的相干保持控制
第8章 非马尔科夫开放量子控制系统的设计
第9章 随机开放量子系统模型与控制
第10章 随机开放量子系统的特性分析
第11章 基于李雅普诺夫的二能级双量子点量子位超快操纵
第12章 可实现的二能级双量子点操纵方案
第13章 核磁共振中双比特同核自旋系统的建模及其算法设计
第14章 核磁共振中双比特同核自旋系统的时间最优控制
参考文献