- 从经典到量子系统闭环反馈控制(下量子系统的反馈控制理论)(精)
- - 作者：丛爽|责编:田雪//苏云龙
  - 出版社：中国科大
  - ISBN：9787312059513
  - 出版日期：2024/09/01
  - 页数：534
- 售价：55.2

内容大纲
不论是宏观系统还是微观量子系统，任何系统控制的高精度性能都来源于闭环反馈而不是开环控制系统的设计。本书围绕微观量子系统的闭环反馈控制理论进行系统深入的研究。在封闭量子系统状态的闭环反馈控制理论中，重点进行基于李雅普诺夫量子控制方法的特性分析以及统一的量子李雅普诺夫控制方法的设计；在开放量子系统状态保持与反馈控制中，专门针对开放量子系统控制的状态保持及其特性分析以及非马尔可夫开放量子系统状态保持时间及其控制进行研究；在基于反馈控制的开放量子系统算符的制备中，主要对马尔可夫和非马尔可夫系统制备非门进行设计与分析。本书还进行有关随机开放量子系统的开关反馈控制、量子系统反馈跟踪控制的研究；同时还更加系统地对量子测量理论与应用、基于优化算法的量子状态估计、基于深度神经网络的量子状态估计，以及基于实时在线估计的量子系统反馈控制与跟踪进行系统研究，为基于实时在线估计的量子系统的高精度闭环反馈控制提供坚实的理论基础。
本书是作者多年研究成果的集成，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、计算科学以及控制工程等领域研究生的教材或参考书。
作者介绍
丛爽，中国科学技术大学自动化系二级教授，博士生导师，意大利国家博士。自1989年开始从事运动控制的研究，2000年起开始从事量子系统控制理论与方法的研究。迄今在量子系统控制理论与方法、先进控制策略及其在运动控制中的应用和优化算法等方面，在国内外学术刊物和学术会议上发表学术论文560余篇。独立或以第一作者身份出版专著12部，主编图书2部；先后承担国家“973”计划、国家自然科学基金、中国科学院院长基金、安徽省自然科学基金等30余项研究课题。获得国家发明专利授权35项，以及包括中国科学院优秀青年学者奖、安徽省自然科学奖二等奖、安徽省科技优秀论文一等奖在内的省部级奖13项和国际会议及国际杂志奖5项。兼任IFAC（国际自动化联合学会）控制设计技术委员会委员、中国自动化学会系统仿真专业委员会副主任委员、中国自动化学会控制理论与应用专业委员会委员。
目录
前言
第1章  概论
  1.1  量子系统反馈控制理论研究现状
  1.2  量子系统状态估计研究现状
    1.2.1  量子态层析
    1.2.2  基于压缩感知量子态估计研究现状
    1.2.3  在线量子状态估计发展现状
  1.3  神经网络量子态估计器的研究现状
  1.4  本书内容安排
第2章  量子系统基本概念与理论基础
  2.1  量子力学基础
    2.1.1  量子态与状态空间
    2.1.2  力学量和算符
  2.2  量子系统及其环境
    2.2.1  量子系统、环境与热库
    2.2.2  复合系统和状态空间的运算
    2.2.3  多体系统的纠缠态
  2.3  封闭量子系统的状态演化方程
    2.3.1  薛定谔方程
    2.3.2  刘维尔方程
  2.4  开放量子系统的状态演化方程
    2.4.1  马尔可夫主方程
    2.4.2  非马尔可夫开放量子系统主方程
    2.4.3  随机开放量子系统模型
  2.5  量子测量
    2.5.1  投影测量
    2.5.2  POVM测量
  2.6  薛定谔绘景、海森伯绘景和相互作用绘景
  2.7  李雅普诺夫稳定性定理
  2.8  Ito引理与Ito乘积法则
第3章  封闭量子系统状态的闭环反馈控制理论
  3.1  基于李雅普诺夫量子系统控制方法的状态调控
    3.1.1  引言
    3.1.2  量子系统的状态驱动
    3.1.3  基于李雅普诺夫量子控制方法的特性分析
    3.1.4  基于李雅普诺夫方法的量子系统控制的设计
  3.2  统一的量子李雅普诺夫控制方法
    3.2.1  被控量子系统描述与控制任务
    3.2.2  解决问题的主要思路
    3.2.3  统一李雅普诺夫的控制方法设计
    3.2.4 定理3.1的证明
    3.2.5  通用控制方法设计流程
    3.2.6  数值仿真及结果分析
第4章  开放量子系统状态反馈控制与保持
  4.1  马尔可夫型开放量子系统中的量子态控制与保持
    4.1.1  系统模型及控制问题描述
    4.1.2  量子系统中无消相干子空间的描述
    4.1.3  控制场设计及系统稳定性分析
    4.1.4  数值仿真及跟踪性能分析
  4.2  二能级非马尔可夫型开放量子系统状态转移

    4.2.1  二能级系统的非马尔可夫模型描述
    4.2.2  非马尔可夫开放量子系统的特性分析
    4.2.3  控制问题描述及控制场设计
    4.2.4  数值仿真和结果分析
第5章  基于反馈控制的开放量子系统算符的制备与保持
  5.1  开放量子系统的数学模型
    5.1.1  算符的动力学方程
    5.1.2  算符可达集
  5.2  反馈控制场设计
    5.2.1  李雅普诺夫函数的构造
    5.2.2  控制场设计
    5.2.3  鲁棒性分析
  5.3  算符精度和特性的性能指标
    5.3.1  算符距离
    5.3.2  算符保真度
    5.3.3  算符纯度
  5.4  数值仿真实验及其结果分析
    5.4.1  基于V和Vds设计控制场对马尔可夫系统制备非门
    5.4.2  基于V设计不同形式的控制场对马尔可夫系统制备非门
    5.4.3  基于V设计控制场对非马尔可夫系统和封闭系统制备非门
    5.4.4  鲁棒性实验及结果分析
第6章  随机开放量子系统的开关反馈控制
  6.1  随机量子系统的数学模型
  6.2  特殊本征态的收敛控制
    6.2.1  特殊本征态的控制场设计
    6.2.2  特殊本征态的收敛性证明
    6.2.3  数值实验及结果分析
  6.3  任意本征态的收敛控制
    6.3.1  任意本征态的控制场设计
    6.3.2  任意本征态的收敛性证明
    6.3.3  数值实验及结果分析
  6.4  纯态开关反馈控制
    6.4.1  被控系统及其任务描述
    6.4.2  控制场设计及其特性分析
    6.4.3  系统数值仿真实验及其结果分析
  6.5  混合态的收敛控制
    6.5.1  混合态的控制场设计
    6.5.2  混合态的收敛性证明
    6.5.3  数值实验及结果分析
第7章  量子系统反馈跟踪控制
  7.1  目标为系统自由演化轨迹的轨道跟踪控制
    7.1.1  跟踪问题描述
    7.1.2  跟踪控制场设计
    7.1.3  系统仿真实验及其结果分析
  7.2  跟踪自由演化目标轨迹的收敛性分析
    7.2.1  不同目标态的收敛性分析
    7.2.2  系统仿真实验及其结果分析
    7.2.3  动力学系统不变集下的收敛性分析
  7.3  N维封闭量子系统轨迹跟踪的统一控制
    7.3.1  系统模型和问题描述及解决问题的设计思想

    7.3.2  统一量子跟踪控制的设计
    7.3.3  数值仿真实验及其结果分析
第8章  量子测量理论与应用
  8.1  量子反馈控制中的测量理论与技术
    8.1.1  量子测量理论
    8.1.2  量子系统测量技术
  8.2  基于最优测量的二能级量子系统的本征态转移
    8.2.1  基于最优测量的量子态调控
    8.2.2  最优测量对量子状态转移的性能分析
  8.3  基于最优观测集的任意量子纯态估计
    8.3.1  量子测量与量子状态估计
    8.3.2  任意纯态重构的最优测量配置
    8.3.3  基于最优观测量集合的量子态估计
第9章  基于优化算法的量子状态估计
  9.1  改进的交替方向乘子法及其在量子态估计的应用
    9.1.1  ADMM算法原理
    9.1.2  基于不动点方程的ADMM改进方法
    9.1.3  系统仿真实验及其结果分析
  9.2  基于压缩感知的量子状态估计算法的性能对比
    9.2.1  基于压缩感知的量子状态估计问题描述
    9.2.2  优化算法设计
    9.2.3  系统状态估计实验
  9.3  量子状态滤波器
    9.3.1  问题描述
    9.3.2  滤波器设计思路
    9.3.3  滤波器算法设计
    9.3.4  算法收敛性证明
    9.3.5  仿真实验及其结果分析
  9.4  单比特量子系统的状态在线估计
    9.4.1  随机开放量子系统的连续弱测量
    9.4.2  基于压缩感知理论的量子态在线估计
    9.4.3  数值仿真实验及其结果分析
  9.5  含有测量噪声的时变量子态的在线估计算法
    9.5.1  n比特随机量子系统CWM作用下测量值序列和采样矩阵的构造
    9.5.2  带测量噪声的在线QSE算法推导
    9.5.3  数值对比实验及其结果分析
  9.6  稀疏干扰与高斯噪声下的在线量子态滤波器
    9.6.1  连续弱测量下的开放量子系统
    9.6.2  量子态在线滤波问题的描述
    9.6.3  在线量子态滤波器设计与推导
    9.6.4  数值对比实验及其结果分析
第10章  基于神经网络的量子状态估计
  10.1  量子态的数学与神经网络表示
    10.1.1  量子态的数学表示
    10.1.2  量子态波函数与密度矩阵的特性
    10.1.3  量子态的神经网络表示
  10.2  基于宽度神经网络的2比特量子态的估计
    10.2.1  神经网络模型的建立与训练
    10.2.2  神经网络的训练及验证实验及其结果分析
    10.2.3  混合态估计器的网络训练和验证

  10.3  最简结构神经网络的量子态估计及其性能对比
    10.3.1  神经网络结构设计
    10.3.2  网络训练用数据的生成
    10.3.3  训练网络权值的算法及性能指标
    10.3.4  神经网络训练及性能对比分析
  10.4  基于受限玻尔兹曼机神经网络的n量子位纯态重构
    10.4.1  RBM神经网络的结构、功能及其工作原理
    10.4.2  基于RBM的量子波函数表示
    10.4.3  RBM神经网络模型的建立与训练
    10.4.4  RBM重构波函数的数值仿真实验
  10.5  基于深度学习LDAMP网络的量子状态估计
    10.5.1  基于压缩感知的量子态密度矩阵估计
    10.5.2  DIT和DAMP算法
    10.5.3  LDAMP和DnCNN网络的结构设计及其训练
    10.5.4  量子态估计仿真实验及其结果分析
第11章  基于在线估计状态反馈的随机开放量子系统闭环反馈控制
  11.1  单量子位基于在线估计状态的反馈控制
    11.1.1  被控量子系统描述
    11.1.2  基于OADM的量子态在线估计
    11.1.3  QST-OADM在线估计算法的收敛性证明
    11.1.4  随机马尔可夫开放量子系统状态反馈控制场的设计
    11.1.5  数值仿真实验及其结果分析
  11.2  n量子位基于在线估计状态的反馈控制
    11.2.1  被控系统及其控制任务
    11.2.2  n量子位系统的状态反馈控制设计及其收敛性证明
    11.2.3  数值仿真实验及其性能分析
  11.3  基于在线估计状态随机非马尔可夫本征态反馈控制
    11.3.1  二能级非马尔可夫随机量子系统数学模型的建立
    11.3.2  基于SDRE的最优非线性滤波器的设计
    11.3.3  基于李雅普诺夫方法的状态反馈控制场的设计
    11.3.4  数值仿真实验与性能对比
  11.4  基于在线估计状态的随机开放量子系统的纯态开关反馈控制
    11.4.1  基于在线估计量子态的纯态开关反馈控制场设计
    11.4.2  系统数值仿真实验及其结果分析
  11.5  基于在线状态估计的随机开放量子系统轨迹跟踪控制
    11.5.1  被控随机开放量子系统模型及轨迹跟踪目标描述
    11.5.2  量子状态轨迹跟踪问题分析及误差状态转移问题的转化
    11.5.3  随机开放量子系统的量子态在线估计
    11.5.4  随机开放量子系统的反馈跟踪控制场设计
    11.5.5  数值仿真实验及其结果分析
参考文献

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