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書籍 | 光通信

量子情報通信
商品コード: 9784902312201

量子情報通信

販売価格(税込) 14,040 円
ポイント: 140 Pt
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佐々木雅英、他35名
A5判 約460頁 上製本ハードカバー
2006/11/1
基礎から最前線まで
オプトロニクス社

概要

刊行趣旨

現在の情報通信技術は、電子や光子の潜在能力の一部分しか利用しておらず、将来的には量子力学を採り入れた量子情報通信技術にならざるを得ないと考えられています。本書は量子情報通信に向けた先端科学技術の集大成をめざして我が国の第一線の研究者が執筆にあたっている。

読者対象

理工系の大学上級から大学院の学生や企業の研究者・技術者

著者紹介

量子情報通信に関わる33名の専門家による分担執筆

目次


【第1部 導入編】

第1章 序論
 1. 量子力学の世界
  1.1 量子計算
  1.2 量子暗号
  1.3 量子符号化
  1.4 量子情報
  1.5 量子テレポーテーション
  1.6 量子ネットワーク
  1.7 量子ノード
 2. 本書の構成

第2章 光の量子論
 1. 光の二重性
  1.1 前期量子論における光の二重性
  1.2 量子力学の完成と光の二重性
  1.3 輻射の量子論と光子概念
 2. レーザー光の光子数分布
 3. 非線型光学
  3.1 パラメトリック増幅における光子の発生
 4. 電磁場の量子化
  4.1 ハミルトニアン
  4.2 光子数状態
  4.3 電場の揺らぎ、ゼロ点振動
  4.4 輻射場と原子の相互作用
  4.5 ビームスプリッターの量子論
 5. ヤングの干渉と1次の相関関数
  5.1 1次の相関関数
 6. 強度干渉と2次の相関関数
  6.1 強度干渉
  6.2 2次の相関関数
  6.3 アンチバンチング
  6.4 波束の幅の同時計数測定
 7. サブポアソン分布
 8. コヒーレント状態
  8.1 直交位相振幅
  8.2 直交位相演算子の不確定性関係
  8.3 光子数と位相の不確定性関係
 9. スクイーズド状態
  9.1 スクイーズド状態とスクイーズ演算子
  9.2 ホモダイン検波によるスクイーズド状態の測定
  9.3 干渉によるアンチバンチド光の発生
 10. EPRパラドックスともつれた状態
  10.1 EPRパラドックス
  10.2 もつれた状態
 11. スクイーズド状態からのもつれた状態の発生
 12. 量子テレポーテーション
 13. 量子非破壊測定
 14. 観測問題 - 光路識別と干渉

第3章 通信理論
 1. 情報源符号化
 2. 通信路符号化
  2.1 離散通信路
  2.2 連続通信路

第4章 量子通信理論
 1. 量子通信理論の誕生
 2. 量子信号検出理論
 3. コヒーレント光通信の限界
 4. ヘルストローム限界
 5. 量子信号検出の実現化問題
 6. 量子一括測定と超加法的量子符号化利得
  6.1 個別測定
  6.2 量子一括測定
  6.3 符号化の利得
 7. ホレボー ・ シューマッハー ・ ウェストモーランド限界
 8. 量子通信路
 9. 究極の通信路容量
 10. 線形損失通信路の通信路容量
 11. 万能量子ゲート

第5章 量子計算
 1. C-NOT ゲート
 2. 簡単な量子計算
 3. 素因数分解の量子アルゴリズム

第6章 量子暗号
 1. 計算量的安全性と情報量的安全性
 2. BB84 プロトコル
 3. 量子暗号実装のためのデータ処理
  4. 現状のまとめと展望

【第2部 量子暗号】

第1章 量子暗号の基礎理論
 1. はじめに
 2. 量子鍵配送の原理と基本方式
  2.1 秘密鍵
  2.2 量子鍵配送
  2.3 非直交状態と測定
   2.3.1 B92方式
  2.4 エンタングルメント
   2.4.1 EPR方式
  2.5 方式間の還元
   2.5.1 BB84方式
  2.6 不確定性関係
 3. 量子鍵配送の枠組み
  3.1 量子鍵配送のもたらす安全性とは?
  3.2 量子配送の流れ
   (1)未処理の生成
   (2)パラメータ推定
   (3)最終鍵の生成
  3.3 盗聴
  3.4 安全性の理論解析の枠組み
 4. 無条件安全性の証明
  4.1 エンタングルメント抽出
  4.2 BB84方式の安全性
  4.3 B92方式の安全性
 5. おわりに

第2章 メトロネットワーク展開へ向けたシステム安定化・小型化技術
 1. はじめに
 2. メトロネットワーク向け高速量子暗号システム
  2.1 光子伝送安定化技術
   2.1.1 干渉系の環境温度無依存化
   2.1.2 小型高信頼光子検出器
   2.1.3 バーストモード伝送技術
  2.2 連続鍵生成システム技術
   2.2.1 ビット同期技術
    (1) GVD補償によるビット同期
    (2)古典信号によるクロストーク
   2.2.2 フレーム同期技術
   2.2.3 異常検出と同期復旧技術
  2.3 実使用環境下での長時間連続鍵生成実験
 3. PLCを用いた一方向量子暗号システムの開発
 4. まとめ

第3章 長距離フィールド試験と既存暗号システムとの融合
 1. はじめに
 2. 量子暗号とその開発
  2.1 量子暗号に必要な技術とこれまでの開発
  2.2 遠方2地点96kmフィールド試験
   2.2.1 装置の設計方針
   2.2.2 使用した光ファイバ設備
   2.2.3 今回の実験系
   2.2.4 試験結果と比較
 3. 既存のセキュリティと融合した統合量子暗号システム
 4. まとめと今後の展開

第4章 差動位相シフト方式と波長変換型光子検出器による高速化・長距離化
 1. はじめに
 2. 単一光子を用いる量子暗号の現状の課題
 3. 高速化への取り組み
 4. 波長変換による高速化・長距離化の試み
 5. 長距離化への取り組み
 6. ネットワークを通す
 7. おわりに

第5章 コヒーレント光とホモダイン検波による量子鍵配送
 1. はじめに
 2. ホモダイン検出と直交位相振幅
 3. 4状態の連続変数量子鍵配送プロトコル
  3.1 正しい基底と誤った基底の分布
  3.2 プロトコルのまとめ
 4. 4状態の連続変数量子鍵配送の安全性
  4.1 理想的な環境下での安全性
  4.2 現実的な環境下での安全性
  4.3 過剰雑音の影響
 5. 4状態の連続変数量子鍵配送の実験について
  5.1 原理検証実験
   5.1.1 光学系の説明
   5.1.2 実験結果
  5.2 プラグアンドプレイ方式
   5.2.1 光学系の説明
   5.2.2 実験結果
  5.3 同軸空間伝送方式
   5.3.1 光学系の説明
 6. ガウス変調方式の連続変数量子鍵配送
 7. まとめ

第6章 量子ストリーム暗号
 1. はじめに
 2. 光通信量子暗号の系図
 3. Y-00の暗号通信のしくみと実験
 4. 安全性理論の概要
 5. 高速光通信システムの現状とY-00への期待

【第3部 量子情報光学】

第1章 光子を用いた量子回路へ向けて
    - 量子ゲート素子、単一光子源、光子数検出器 -
 1. はじめに
 2. 光子量子回路の基本概念
  2.1 量子回路とは
  2.2 光子量子回路の考え方
 3. 複数光子間の量子ゲート素子
  3.1 光子量子ゲート素子とは
  3.2 非線形光学素子を用いた量子ゲート
  3.3 線形光学量子回路
  3.4 安定でコンパクトな線形光学量子ゲート
  3.5 光子量子ゲート素子のまとめ
 4. 単一光子源
  4.1 単一光子源とは
  4.2 パラメトリック蛍光対を利用した単一光子源
  4.3 単一光子源のまとめ
 5. 光子検出器
  5.1 光子検出器とは
  5.2 APDを利用した光子検出
  5.3 Visible Photon Counter
  5.4 光子検出器のまとめ
 6. おわりに - 将来展望

第2章 半導体単一光子列源が拓く量子情報技術
 1. はじめに
 2. 単一光子の発生
  2.1 光子相関
  2.2 単一量子ドット分光
  2.3 ポストフィルタリング
 3. 単一モードキャビティによる自然放出の制御
 4. フーリエ変換限界にある単一光子パルスの発生
  4.1 識別できない量子粒子
  4.2 二光子干渉実験
  4.3 エンタングル光子対への変換
  4.4 量子テレポテーション
 5. 単一光子を用いた量子暗号
 6. EPR-Bell 状態の直接発生
 7. 展望

第3章 半導体量子もつれ光子源
 1. はじめに
 2. 原理
 3. 量子もつれ光子対の観測
 4. 量子もつれの評価
 5. 今後の展開

第4章 量子もつれ光子対の蒸留
 1. はじめに
 2. 量子もつれの蒸留
 3. Schmidt projection 法による蒸留実験
 4. Local filtering 法による蒸留
 5. Recurence法による蒸留
 6. おわりに

第5章 量子ネットワーク
 1. はじめに
 2. 量子テレポーテーションネットワーク
 3. ユニバーサル量子コンピューティング
 4. おわりに

第6章 光強度相関スクイージングの生成と制御
 1. はじめに
 2. 光強度相関スクイージング生成の原理
 3. 光子対ビームの発生と光強度相関の観測
 4. 光強度相関のスクイージングの条件付制御
 5. おわりに

第7章 光ファイバー通信帯での相関光子対源・スクイーズド光源
 1. はじめに
 2. 相関光子対の高効率発生
  2.1 周期分極反転波長変換素子
  2.2 導波路型PPLNによる相関光子対の発生
  2.3 相関光子対の光子対統計
 3. 単一光子発生
 4. 真空スクィーズド状態
 5. まとめ

第8章 光ファイバによるスクィーズド光の生成
 1. はじめに
 2. 直交位相スクィーズド光の発生法
  2.1 サニャック(Sagnac)ループファイバ干渉計
  2.2 非線形偏光干渉計 (NOPI)
 3. 光子数スクィーズド光の発生法
  3.1 非対称の非線形マッハ・ツェンダー干渉計
  3.2 スペクトルフィルタリング法
  3.3 ミクロ構造ファイバ (Microstructure Fiber) を使った実験
 4. おわりに

【第4部 量子信号検出】

第1章 光ファイバ通信帯での単一光子検出器
 1. はじめに
 2. 動作原理
 3. 量子効率と暗計数率
 4. 高速動作
  4.1 アフターパルス
  4.2 放電パルス計数法
 5. 短ゲート動作
  5.1 入射光子のタイミング
  5.2 信号対雑音比
 6. まとめ
 7. 今後の課題
  (1)ゲート動作からの脱却
  (2)和周波発生の利用

第2章 光ファイバ通信波長帯における光子数識別器
 1. はじめに
 2. 超伝導デバイス
 3. 量子ドット or 量子井戸
 4. VLPC(Visible Light Photon Counter)
 5. 電荷蓄積型光子検出器
   (CIPD: Charge Integration Photon Detector)
  5.1 CIPD の概要
  5.2 CIPDの読み出し方法と雑音特性
  5.3 CIPDの光子数識別性能
 6. おわりに

第3章 量子最適受信器の設計
 1. はじめに
 2. 量子測定の設計理論
  2.1 ドリナー受信器
  2.2 測定誘起非線形過程
  2.3 任意の2値純粋量子信号に対する量子最適受信器の設計理論
 3. 量子もつれ支援通信・計測
 4. おわりに

第4章 量子符号化の原理実証実験
 1. 量子情報源符号化
 2. 量子通信路符号化

【第5部 原子・イオン系に基づく量子インターフェース】

第1章 冷却イオン-光子ネットワーク
 1. はじめに
 2. 冷却イオン-光子ネットワーク
  2.1 Cavity QEDによる原子-光子インタフェース
 3. 原子と光子の相互作用制御-Cavity QED
  3.1 原子と共振器の強結合系
  3.2 Cavity QED による単一光子生成
 4. 冷却イオン-光子ネットワーク研究の現状
  4.1 単一イオンと共振器の定常的結合
  4.2 単一イオン-共振器系による単一光子生成
  4.3 イオン-光子インタフェース実現の条件
 5. 今後の展望

第2章 原子スピン集団による量子インターフェース
 1. はじめに
 2. 偏光量子状態と原子スピン集団
 3. 光とスピンの量子インターフェース
 4. これまでの実験例
 5. 波長可変パルス光偏光検出システムの開発
 6. “核スピン気体” イッテルビウム原子の利用
 7. 光トラップされた超低温原子集団の利用
 8. コヒーレントな光とスピンの量子インターフェース
 9. まとめ

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