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第1章 自由单光子是经典波包1

1.1光的干涉、衍射和偏振实验2

1.1.1理论基础2

1.1.2光的干涉3

1.1.3光的衍射4

1.1.4光的偏振和偏振光的干涉12

1.2经典电磁波15

1.2.1四维矢量势和四维电磁场张量15

1.2.2电磁场方程与电磁波方程18

1.2.3平面电磁波22

1.3光子波包26

1.3.1波源的振动27

1.3.2脉冲27

1.3.3调幅的行波27

1.3.4单光子波包28

1.4偏振30

1.4.1偏振的概念30

1.4.2产生偏振光子的方法31

1.4.3偏振光的干涉32

第2章 单光子是经典粒子33

2.1光电效应实验33

2.2单光子34

2.2.1真空中的经典粒子34

2.2.2四维动量34

2.2.3单光子的质量、能量、动量、速度35

2.2.4单光子的力学量的洛伦兹变换36

2.3单光子是一个“粒子包”38

第3章 光子是电磁场量子39

3.1经典电磁场的量子化39

3.1.1正则量子化39

3.1.2福克态空间40

3.1.3单光子电磁场的量子化42

3.2光子43

3.3光子的偏振与自旋44

3.3.1一个光子的两个偏振本征态的相干叠加44

3.3.2光子的两个偏振态的密度矩阵45

3.3.3单光子的自旋46

3.3.4自旋极化矢量47

3.4单光子波包47

3.4.1单光子波包47

3.1.2在坐标空间中48

3.4.3在动量空间中49

3.4.4单光子的能量50

3.5单光子的Wigner函数51

3.6单光子波包是空心的53

第4章 单光子干涉实验：单光子不可分55

4.1单光子源55

4.2单光子探测器56

4.3一个单光子同时被反射和透射57

4.4透射光通过多个1/2分光器58

4.5反射光和透射光汇聚于第二个1/2分光器60

4.5.1实验一60

4.5.2实验二61

4.5.3实验三61

4.5.4实验四61

4.5.5实验小结62

4.6单光子的相干态63

4.6.1非相对论量子力学的原理63

4.6.2单光子的偏振态的干涉66

4.6.3在量子统计力学中67

第5章 光子纠缠态70

5.1量子纠缠态70

5.2双光子纠缠实验72

5.3双光子纠缠74

5.3.1量子非定域相关性75

5.3.2双光子不是两个光子77

5.4纠缠的光子波包塌缩的实验79

5.4.1实验79

5.4.2对实验结果的解读一79

5.4.3对实验结果的解读二80

第6章 量子算法及实验实现82

6.1量子位83

6.2量子逻辑门84

6.2.1经典逻辑门84

6.2.2量子逻辑门84

6.2.3量子“非”门85

6.2.4量子复制门85

6.2.5量子“与”门85

6.2.6量子门的矩阵表示86

6.2.7量子门与泡利矩阵的关系86

6.2.8量子?NOT门87

6.2.9量子空间的旋转和Hadamard门88

6.2.10量子控制非门与EPR态90

6.3量子并行计算91

6.4量子编码93

6.5量子逻辑门的实验实现93

6.5.1么正厄密矩阵93

6.5.2量子非门与单量子位旋转94

6.5.3Aj-变换的实现98

6.5.4Bij-变换的实现99

6.5.5么正变换的实现99

6.5.6Hadamard变换101

6.6量子计算的实验实现103

6.6.1概述103

6.6.2四粒子纠缠的实验实现104

6.6.3量子交换门106

6.6.4量子网络106

第7章 单光子通信与加密107

7.1经典密码术110

7.1.1秘密密钥加密术111

7.1.2公开密钥加密术111

7.1.3经典加密术的问题116

7.2量子通信116

7.2.1概述116

7.2.2两粒子纠缠态的实验产生118

7.2.3量子超传的实验实现122

7.2.4长距离量子通信124

7.2.5星-地单光子通信125

7.2.6用单光子实现两单分子间通讯126

7.2.7光量子通信的安全性127

7.3.8评论128

7.3量子加密术129

7.3.1概述129

7.3.2量子密码技术的非一般安全性132

7.3.3利用非正交量子态加密的安全性133

7.3.4利用纠缠量子态加密的安全性134

7.3.5单光子密码技术的示例135

7.3.6量子银行支票140

7.4量子加密的实验实现141

7.4.1偏振加密141

7.4.2相位加密141

7.4.3利用纠缠双光子加密142

7.4.4单光子量子加密的实验实现145

7.4.5噪声量子通道145

第8章 光速146

8.1关于光速148

8.1.1首次计算出光速148

8.1.2光是电磁波148

8.1.3光速作为测量标准149

8.1.4光速不变原理是相对论的基础149

8.1.5在真空静态引力场中的光速149

8.1.6光速是极限速度与物理学的因果性151

8.2一些实验结果152

8.2.1量子纠缠态（EPR态）与超距作用152

8.2.2量子隧穿与超光速154

8.2.3介质中的超光速现象154

8.2.4介质中使光速变慢甚至完全停止155

8.2.5天文学中的视超光速现象156

8.2.6宇宙暴涨与超光速157

8.2.7在介质中的光脉冲的群速度超过真空中光速158

8.3超光速理论159

8.3.1超光速理论159

8.3.2第二届电磁波波速学术会议160

8.4真空中的光速仍是速度极限160

8.4.1证明洛伦兹不变性和狭义相对论的新实验160

8.4.2现代版的Michelson-Morley实验160

8.4.3真空中光速仍是速度极限160

8.5评述161

8.5.1量子隧穿不是超光速传递信息161

8.5.2天文学中的视超光速现象161

8.5.3放慢或停止光的脚步的应用前景161

8.5.4小结162

参考文献163