Квантовая физика: Биты и кубиты

Книга представляет собой краткое введение в квантовую информатику для читателей, не изучавших предварительно квантовую механику. В первой части книги проводится изложение основ волновой квантовой механики и ее приложений к описанию энергетических спектров электронов в атомах, полупроводниках и низкоразмерных наноструктурах. Она завершается рассмотрением полупроводниковых транзисторов (битов) в классических компьютерах. Во второй части производится переход к матричному представлению квантовой механики. Рассмотрены спин и двухуровневые атомы, реализующие квантовые биты (кубиты). Рассмотрены два режима функционирования двухуровневых атомов, взаимодействующих с электромагнитным полем: режим вынужденного излучения в лазерах и нестационарные когерентные атомные процессы. Проведена аналогия второго режима с режимом функционирования кубитов при квантовых вычислениях. Рассмотрены квантовые логические операторы, квантовые схемы, простейшие квантовые коммуникационные протоколы и квантовые алгоритмы, демонстрирующие экспоненциально большие ресурсы квантовых вычислений. Дан обзор современного состояния проблемы физической реализации квантового компьютера с использованием в качестве кубитов спинов, атомов, фотонов, а также макроскопических квантовых сверхпроводников. Книга может служить пособием для студентов физико-математических специальностей, а также представлять интерес для широкого круга читателей, интересующихся современными проблемами физики.