量子情報科学入門「第２版」

「量子情報科学」とは、ミクロな世界の基礎物理理論である「量子力学」に基づいて構成される情報科学であり、テレポーテーションや、絶対盗聴されない暗号、また超高速コンピュータなど、夢のような技術を実現する可能性を秘めている。物理学、情報科学、数学、さらには科学哲学などの多様な分野が融合し、発展している最先端の科学分野である。本書は量子情報科学を本格的に学ぶための最適な入門書であり、量子力学の基礎から始まり、量子回路、量子アルゴリズム、量子系の情報量、量子エンタングルメント、量子通信路符号化、量子誤り訂正、量子暗号といった主要テーマを網羅している。この分野の最適な定式化や応用について丁寧に解説されており、初学者から専門家まで幅広く学べる内容となっている。

第2版にあたり、より内容を充実させ、初学者のつまずきやすい点や理解しにくい部分に丁寧な解説を加え、内容を見直した。また、近年の量子アルゴリズムの発展に伴う記述の変更なども取り入れている。

目次

第0章 量子情報科学への招待
0.1 古典情報科学から量子情報科学へ
0.2 量子情報科学のさらなる展開
0.3 量子情報科学から物理学へのフィードバック
0.4 量子情報処理の実現へ
0.5 本書の構成

第1章 量子ビット系の量子力学
1.1 はじめに
1.2 準備
　1.2.1 概念の準備：物理系，状態，物理量の測定
　1.2.2 表記法の準備：Diracの表記法I
1.3 量子ビット系
　1.3.1 量子ビット系の状態と基底測定
　1.3.2 量子ビット系の時間発展
　1.3.3 量子ビット系の合成系多量子ビット系

第2章 量子計算基礎
2.1 「計算」とは何か？
2.2 情報科学で必須となる数学記号・記法
2.3 古典回路モデル
2.4 量子回路モデル

第3章 量子アルゴリズム
3.1 Deutsch-Jozsaのアルゴリズム
3.2 Groverのアルゴリズム
　3.2.1 アルゴリズムの解析
　3.2.2 一般化：解が複数ある場合
　3.2.3 振幅増幅法
3.3 Shorのアルゴリズム
　3.3.1 周期発見問題に対する量子アルゴリズム
　3.3.2 素因数分解問題に対する量子アルゴリズム
　3.3.3 離散対数問題に対する量子アルゴリズム
　3.4 その他の量子アルゴリズム

第4章 量子力学と量子情報理論の基礎
4.1 はじめに
4.2 準備
　4.2.1 なぜ2つの定式化が必要なのか？
　4.2.2 公理と要請について
　4.2.3 Hilbert空間と線形演算子
　4.2.4 Diracの表記法II
4.3 量子力学の公理系
　4.3.1 量子系，状態，物理量の測定
　4.3.2 時間発展
　4.3.3 合成系
　4.3.4 測定過程について
4.4 一般的な量子状態
　4.4.1 状態の確率混合
　4.4.2 状態の密度演算子による記述
　4.4.3 密度演算子の性質
　4.4.4 Blochベクトル
　4.4.5 縮約状態　ほか

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