Principles and Methods of Quantum Information Technologies

این کتاب نتایج مربوط به تحقیق و توسعه پروژه پردازش اطلاعات کوانتومی "FIRST" را ارائه می‌کند که از سال 2010 تا 2014 با حمایت شورای علم، فناوری و نوآوری دفتر کابینه دولت انجام شد. ژاپن. این پروژه از 33 گروه تحقیقاتی پشتیبانی کرد و پنج حوزه را بررسی کرد: ارتباطات کوانتومی، سنجش و سنجش کوانتومی، محاسبات منسجم، شبیه‌سازی کوانتومی و محاسبات کوانتومی. کتاب به هفت بخش اصلی تقسیم شده است. بخش‌های I تا V که شامل بیست فصل است، بر جنبه‌های سیستمی و معماری فناوری‌های اطلاعات کوانتومی تمرکز دارد، در حالی که بخش‌های VI و VII که از هشت فصل تشکیل شده‌اند، مدار کوانتومی ابررسانا، اسپین نیمه‌رسانا و فن‌آوری‌های اسپین مولکولی را مورد بحث قرار می‌دهند.
خوانندگان با طرح‌های محاسباتی کوانتومی جدیدی مانند ماشین‌های بازپخت کوانتومی و ماشین‌های Ising منسجم آشنا می‌شوند که اکنون به عنوان جایگزینی برای کامپیوترهای کوانتومی استاندارد پدید آمده‌اند و برای حل موفقیت‌آمیز مشکلات بهینه‌سازی ترکیبی NP-hard/NP-complete طراحی شده‌اند. که در زندگی مدرن ما همه جا حاضر و مرتبط هستند. این کتاب ترکیبی متعادل از فصل‌های مبتنی بر نظریه و تجربی را ارائه می‌کند که توسط محققان برجسته نوشته شده‌اند. اطلاعات گسترده ای در مورد شبیه سازی کوانتومی ارائه شده است که بر پیاده سازی هامیلتونی های مختلف بدنه در یک سیستم فیزیکی به خوبی کنترل شده، توزیع کلید کوانتومی، تکرار کننده های کوانتومی و تله پورت کوانتومی تمرکز دارد، که فناوری های ضروری برای ساخت شبکه های کوانتومی با کاربردهای مختلف پیشرفته و برای پیاده سازی به تکنیک های تجربی بسیار پیچیده تری نیاز دارند.

This book presents the research and development-related results of the “FIRST” Quantum Information Processing Project, which was conducted from 2010 to 2014 with the support of the Council for Science, Technology and Innovation of the Cabinet Office of the Government of Japan. The project supported 33 research groups and explored five areas: quantum communication, quantum metrology and sensing, coherent computing, quantum simulation, and quantum computing. The book is divided into seven main sections. Parts I through V, which consist of twenty chapters, focus on the system and architectural aspects of quantum information technologies, while Parts VI and VII, which consist of eight chapters, discuss the superconducting quantum circuit, semiconductor spin and molecular spin technologies.

Readers will be introduced to new quantum computing schemes such as quantum annealing machines and coherent Ising machines, which have now arisen as alternatives to standard quantum computers and are designed to successfully address NP-hard/NP-complete combinatorial optimization problems, which are ubiquitous and relevant in our modern life. The book offers a balanced mix of theory-based and experimentation-based chapters written by leading researchers. Extensive information is provided on Quantum simulation, which focuses on the implementation of various many-body Hamiltonians in a well-controlled physical system, Quantum key distribution, Quantum repeaters and quantum teleportation, which are indispensable technologies for building quantum networks with various advanced applications and require far more sophisticated experimental techniques to implement.