六堂量子資訊課

量子資訊科學泛指量子密碼、量子計算、量子電腦、量子通訊等等領域，量子世代正緩慢但堅定地向我們走來，正引領一場知識革命，悄無聲息地翻轉世界。

不可不知的量子學基本概念
‧首先，量子系統可顯現真正的隨機行為。不是所有的事，可以用你相信的古典物理，就可以預測或解釋的。玩弄一下愛因斯坦的名言，看來上帝真的玩骰子。
‧其次，糾纏的確能在量子複合系統中發生：即使對個別的系統，其特性沒有明確定義，只有複合系統才可以。糾纏系統能顯示出令人驚異的相關性，所有傳統方式都無法解釋。
‧從以上所述，如今我們知道自然本身就很詭異，而在量子物理中，有違反直覺的現象。這也是為什麼量子物理的觀念難以理解的原因，而這也是為什麼學術圈外，量子物理也廣為人知：自然的詭異之處，不僅遠遠超出聰明的理論學家所能解釋，而也是整個宇宙的基本特徵。
‧從本書中，你也許注意到在量子物理中，有些些奇異的觀念。就是因為他的「奇異之處」，才能在像是量子密碼，以及亂數產生器等有趣的領域中，有可能的應用。科幻小說中提到的一些現象，像是複製與遙傳，在量子物理中皆為真實。量子物理不僅讓我們洞視自然運行之道，也為未來可及的科技，開啟另一扇可能的窗。

序言
誌謝
讀者指南
觀念與公式
第一章 量子物理簡介：從偏振的角度出發
1.1 光束的偏振
1.1.1 定義與基本測量
1.1.2 多個偏振片的情形
1.1.3 偏振方向的向量表示
1.1.4 作為測量儀器的偏振分光鏡
1.1.4.1 偏振重建：全像術
1.2 一個光子的偏振
1.2.1 對一個光子的描述
1.2.2 用狄拉克符號做計算
1.2.3 機率的意義
1.3 兩個光子的描述
1.3.1 傳統的複合系統
1.3.2 兩個光子的四種狀態
1.3.3 兩個光子的所有狀態
1.3.4 糾纏的意義
1.4 物理態的轉換
1.5 總結
1.6 延伸探討
1.6.1 向量
1.6.2 機率
1.6.3 自由度
1.7 一般參考文獻
1.8 習題解答
量子資訊的六堂課

第二章 量子密碼
2.1 單次密碼本
2.2 量子密碼的概念
2.3 BB84 協定
2.3.1 協定步驟
2.3.2 量子測量結果的統計
2.3.3 擷取私密金鑰
2.4 更多的古典後端資訊處理
2.4.1 錯誤更正
2.4.2 隱私增強
2.5 總結
2.6 延伸探討
2.6.1 依芙的威力與量子的威力
2.6.2 量子密碼的實作
2.6.3 資訊理論
2.7 參考文獻與深入閱讀
2.8 習題解答

第三章 量子複製
3.1 不可複製定理
3.2 最簡單的量子複製
3.3 最佳量子複製
3.4 其他的量子複製
3.5 激發輻射與量子複製
3.6 總結
3.7 延伸探討
3.7.1 與生物複製的關係
3.7.2 與電信通訊的關係
3.8 參考文獻與深入閱讀
3.9 習題解答

第四章 量子遙傳
4.1 遙傳協定
4.2 資訊轉換的探討
4.3 總結
4.4 延伸閱讀
4.4.1 糾纏交換
4.4.2 物理與科幻小說
4.5 文獻與深入閱讀
4.6 習題解答

第五章 量子相關與貝爾不等式
5.1 量子描述
5.1.1 實驗設置
5.1.2 糾纏光子的光源
5.1.3 相關性如何形成？
5.2 從古典解釋出發
5.3 貝爾定理
5.4 總結
5.5 延伸閱讀
5.5.1 小心措辭
5.5.2 不相容的物理量
5.5.3 真正的隨機，真正的隱密
5.5.4 關於漏洞
5.6 文獻與深入閱讀
5.7 習題解答

第六章 量子相關的GHZ論據
6.1 量子描述
6.1.1 實驗設置
6.1.2 X- X- X測量
6.1.3 X- Y- Y測量
6.2 無法用古典機制說明的相關
6.3 總結
6.4 廣泛閱讀
6.4.1 萊格特(Leggett)模型的失敗
6.5 文獻與深入閱讀
6.6 習題解答

第七章 測量與去同調
7.1 測量與糾纏
7.2 去同調
7.3 總結
7.4 廣泛閱讀
7.4.1 測量的問題
7.4.2 量子計算
7.5 文獻與深入閱讀
7.6 習題解答
六堂課之外

第八章 其他二階系統
8.1 自旋 的系統
8.1.1 作為固有磁矩的自旋
8.1.2 自旋態
8.2 選擇態(selected states)
8.2.1 兩條路徑：干涉
8.2.2 二能階
8.3 總結
8.4 廣泛閱讀
8.4.1 擁有兩個系統的單一“粒子”
8.4.2 冉濟干涉儀：脈衝式核磁共振儀與原子鐘
8.5 文獻與深入閱讀
8.6 習題解答

第九章 與量子物理傳統呈現方式的聯結
9.1 傳統方式的內容
9.2 對於系統位置與動量的描述
9.2.1 位置，波函數
9.2.2 動量相加；不確定原理
9.3 量子系統的動力學
9.3.1 薛丁格方程式的描述
9.3.2 薛丁格方程式的解
9.4 總結
9.5 廣泛閱讀
9.5.1 原始的愛因斯坦-波多爾斯基-羅森論證
9.6 文獻與深入閱讀
結語