1장. 소개
1부. 양자 기초 개념
2장. 단일 큐비트 양자계
2.1 편광된 광자의 양자역학
2.1.1 간단한 실험
2.1.2 양자역학적 설명
2.2 단일 양자비트
2.3 단일 큐비트 측정
2.4 양자 키 분배 통신 규약
2.5 단일 큐비트계의 상태 공간
2.5.1 상대 위상과 전역 위상
2.5.2 단일 큐비트의 상태 공간에 대한 기하학적 관점
2.5.3 일반적인 양자 상태 공간에 대한 설명
2.6 참고문헌
2.7 연습 문제
3장 다중 큐비트계
3.1 양자 상태 공간
3.1.1 벡터 공간의 직합
3.1.2 벡터 공간의 텐서곱
3.1.3 n큐비트계의 상태 공간
3.2 얽힌 상태
3.3 다중 큐비트 측정의 기초
3.4 얽힌 상태를 사용하는 양자 키 분배
3.5 참고문헌
3.6 연습 문제
4장 다중 큐비트 상태의 측정
4.1 선형변환에 대한 디랙의 브라/켓 표기법
4.2 측정에 대한 투영연산자
4.3 측정에 대한 에르미트 연산자 형식 체계
4.3.1 측정 가설
4.4 EPR 역설과 벨의 정리
4.4.1 벨의 정리에 대한 실험 장치
4.4.2 양자역학이 예측하는 결과
4.4.3 벨의 정리의 특수한 경우: 임의의 국소적 숨은 변수 이론이 예측하는 결과
4.4.4 벨의 부등식
4.5 참고문헌
4.6 연습 문제
5장. 양자 상태 변환
5.1 유니타리 변환
5.1.1 불가능한 변환: 복제 불가 원리
5.2 몇 가지 단순한 양자 게이트
5.2.1 파울리 변환
5.2.2 아다마르 변환
5.2.3 단일 큐비트 변환에서 다중 큐비트 변환
5.2.4 제어형 NOT 게이트와 다른 단일 제어형 게이트
5.3 단순한 게이트의 응용
5.3.1 고밀도 부호화
5.3.2 양자 상태 원격 전송
5.4 유니타리 변환을 양자 회로로 구현하기
5.4.1 단일 큐비트 변환의 분해
5.4.2 단일 제어형 단일 큐비트 변환
5.4.3 다중 제어 단일 큐비트 변환
5.4.4 일반적인 유니타리 변환
이 책의 대상 독자
이 책의 의도는 컴퓨터 과학자, 공학자, 수학자 그리고 충분한 수학 지식을 갖고서 이 주제에 관심을 가진 누구에게나 양자 컴퓨터를 다뤄볼 수 있도록 만드는 것이다. 전체적으로 벡터 공간, 선형변환, 고윳값, 고유 벡터와 같은 학부생 수준의 기본적인 선형대수학 개념이 사용된다. 몇몇 절은 더 어려운 수학을 요구할 것이다. 8.6.1절, 8.6.2절, 부록 B, 11장의 대부분에서는 군론에 익숙해야 할 것이다. 군론은 상자 안에서 설명할 것이다. 다만 군론에 대해 배운 적이 없는 독자라면 군론을 다룬 교재의 도움을 받거나 이 절들을 건너뛰어야 할 것이다.
지은이의 말
양자 컴퓨터는 양자물리학, 컴퓨터 과학, 정보 이론의 아름다운 결합이다. 이 책의 목적은 여러 분야의 독자가 이 놀라운 연구 분야에 접근할 수 있도록 하는 것이다. 특히 양자 컴퓨터와 통상적인 컴퓨터 사이를 구분 짓는 개념과 표기법의 장벽을 넘어갈 수 있도록 독자에게 다리를 놓아주려고 한다.
이 책은 이론에 관한 책이다. 통상적인 컴퓨터를 뒷받침하는 고전적 모형을 양자적 모형으로 바꿨을 때 무엇이 변할까? 전문가조차 어떤 접근법이 가장 성공적일지 예측하는 것이 여전히 불가능할 만큼, 이제 갓 만들어진 활발한 분야인 양자 컴퓨터를 만들기 위해 현재 진행 중인 노력에 대해서는 간략히 설명한다. 그 대신 원동력이 된 물리학에서 양자계산을 논의하는 데 중요한 이론적 기초를 다룬다. 이런 이유로, 이 책은 이론이 왜 그렇게 정의됐는지 설명하기 위해서 양자물리와 실험을 논의한다.
양자계산에서 사용되는 개념을 정확히 정의하고, 미묘한 차이를 강조한다. 이러한 엄격함은 FXPAL/PARC의 합동 독서 모임에서 활동하며 이 분야를 잘 알지 못하는 여러 저자와 논문을 읽었던 경험에 일부 자극을 받은 것이다. 예를 들어 양자 상태와 그 상태를 표현하는 벡터를 구분하는 것에 주의해야 한다. 이 책에서는 어떤 개념이 기저에 의존하고(예를 들어 중첩 어떤 것이 그렇지 않은지(예를
