Квантовая электроника

Настоящее учебное пособие представляет собой вторую часть рабочего материала, входящего в состав программы курса «Квантовая механика и статистическая физика», изучаемых в бакалаврских направлениях подготовки 11.00.00 «Электроника, радиотехника и системы связи». В пособии изложены разделы квантовой механики, посвященные внешним воздействиям температуры и магнитных полей, а также образованию поверхностных и объёмных дефектов и их учёту в рассмотрениях изменений энергетических состояний, которые влияют на свойства некоторых материалов радиоэлектроники. Подробно рассмотрены теория сверхпроводимости металлов, образование и взаимодействие ряда квазичастиц: поверхностных поляритонов, спиновых волн, плаз-монов и магнонов при указанных внешних воздействиях. В учебном пособии также имеются контрольные вопросы для проверки уровня освоения материала. Пособие предназначено для курсов, изучаемых в бакалаврских направлениях подготовки 11.00.00 «Электроника, радиотехника и системы связи», но может быть использовано и для обучающихся на других направлениях.

Изложены тенденции развития квантовых коммуникаций, вероятностные закономерности и основные понятия квантовой физики, раскрыты принципы квантовой криптографии, описаны направления развития и протоколы, типовые структуры и элементная база систем квантового распределения ключа и распределённых защищённых сетей на их основе. Освещены особенности функционирования систем квантового распределения ключа в условиях возможного несанкционированного доступа. Материал является основой для прослеживания технического уровня и тенденций развития систем квантового распределения ключа. Учебник предназначается для студентов, обучающихся по специальности 10.05.02 Информационная безопасность телекоммуникационных систем.

International bestselling author and optimistic internet thinker Jeff Jarvis examines the way the Internet has changed the way we form communities, create identities, engage in commerce, and live our lives.A visionary and optimistic thinker examines the tension between privacy and publicness that is transforming how we form communities, create identities, do business, and live our lives. Thanks to the internet, we now livemore and morein public. More than 750 million people (and half of all Americans) use Facebook, where we share a billion times a day. The collective voice of Twitter echoes instantly 100 million times daily, from Tahrir Square to the Mall of America, on subjects that range from democratic reform to unfolding natural disasters to celebrity gossip. New tools let us share our photos, videos, purchases, knowledge, friendships, locations, and lives. Yet change brings fear, and many peoplenostalgic for a more homogeneous mass culture and provoked by well-meaning advocates for privacydespair that the internet and how we share there is making us dumber, crasser, distracted, and vulnerable to threats of all kinds. But not Jeff Jarvis. In this shibboleth-destroying book, Public Parts argues persuasively and personally that the internet and our new sense of publicness are, in fact, doing the opposite. Jarvis travels back in time to show the amazing parallels of fear and resistance that met the advent of other innovations such as the camera and the printing press. The internet, he argues, will change business, society, and life as profoundly as Gutenberg's invention, shifting power from old institutions to us all. Based on extensive interviews, Public Parts introduces us to the men and women building a new industry based on sharing. Some of them have become household namesFacebook's Mark Zuckerberg, Google's Eric Schmidt, and Twitter's Evan Williams. Others may soon be recognized as the industrialists, philosophers, and designers of our future.  Jarvis explores the promising ways in which the internet and publicness allow us to collaborate, think, wayshow we manufacture and market, buy and sell, organize and govern, teach and learn. He also examines the necessity as well as the limits of privacy in an effort to understand and thus protect it.  This new and open era has already profoundly disrupted economies, industries, laws, ethics, childhood, and many other facets of our daily lives. But the change has just begun. The shape of the future is not assured. The amazing new tools of publicness can be used to good ends and bad. The choicesand the responsibilitieslie with us. Jarvis makes an urgent case that the future of the internetwhat one technologist calls ';the eighth continent'requires as much protection as the physical space we share, the air we breathe, and the rights we afford one another. It is a space of the public, for the public, and by the public. It needs protection and respect from all of us. As Secretary of State Hillary Clinton said in the wake of the uprisings in the Middle East, ';If people around the world are going to come together every day online and have a safe and productive experience, we need a shared vision to guide us.' Jeff Jarvis has that vision and will be that guide.

Квантовые вычисления не просто меняют реальность! Совершенно новая отрасль рождается на наших глазах, чтобы создать немыслимое ранее и обесценить некоторые достижения прошлого. В этой книге рассмотрены наиболее важные компоненты квантового компьютера: кубиты, логические вентили и квантовые схемы, а также объясняется отличие квантовой архитектуры от традиционной. Вы сможете бесплатно экспериментировать с ними как в симуляторе, так и на реальном квантовом устройстве с применением IBM Q Experience. Вы узнаете, как выполняются квантовые вычисления с помощью QISKit (программный инструментарий для обработки квантовой информации), Python SDK и других API, в частности QASM. Наконец, вы изучите современные квантовые алгоритмы, реализующие запутанность, генерацию случайных чисел, линейный поиск, факторизацию целых чисел и др. Разберетесь с состояниями Белла, описывающими запутанность, алгоритмом Гровера для линейного поиска, алгоритмом Шора для факторизации целых чисел, алгоритмами оптимизации и многим другим.

Квантовую механику традиционно используют &ля описания явлений, происходящих в микромире, считая, что классической механике это не под силу. Я не берусь переписывать квантовую механику, но и не могу согласиться с утверждением об «особенностях» микромира, к которым «просто надо привыкнуть», а именно это проповедуется квантовой механикой. Известно, когда М. Планку (1900) пришла гениальная идея о кванте энергии, тогда еще не была открыта сверхтекучесть (1939, П. Капица), а также не было сведений о поразительной устойчивости атома водорода, сохранившего орбиту электрона и его заряд, причем, в течение долгих трех миллиардов лет, по крайней мере, которые понадобились на становление биосферы Земли, а может быть, сохранение атома длилось вечно. Если же конструктивно учесть указанные явления, то на базе классической физики удается объяснить гораздо больше, чем это возможно на базе квантовой механики. Но здесь требуется перейти к совершенно иной модели Мироздания, например, предлагаемой автором.

Специальный лабораторный практикум по наноэлектронике ориентирован на выполнение лабораторных работ на современном исследовательском оборудовании, которые носят учебно-исследовательский характер, способствуют формированию у студентов методических подходов в научно-инновационных исследованиях и инженерно-технологической деятельности и являются базой для изучения дисциплин по выбору, а также для подготовки к выполнению магистерской диссертации. Описание каждой лабораторной работы содержит краткий теоретический материал и контрольные вопросы. Учебное пособие предназначено для студентов Института физики, технологий и информационных систем МПГУ, обучающихся по направлению 03.04.02 Физика, по магистерской программе «Физика и технология наноструктур и наноматериалов».

Представлен краткий библиометрический анализ развития исследований в области квантовой обработки информации в период 2000–2017 гг. Выявлены основные мировые игроки, а также источники спонсорской поддержки публикуемых результатов. Рассмотрен внутрироссийский исследовательский ландшафт; определены наиболее продуктивные отечественные организации, а также ученые, внесшие наибольший публикационный вклад в области. Выявлены интенсивность и характерная структура международных соавторских связей России, основные отечественные и зарубежные источники финансирования исследований.

Излагаются основные понятия и законы электромагнетизма и электродинамики. Рассматриваются прикладные вопросы: скин-эффект, плазмоника, волноводы и резонаторы, начала квантовой теории излучения, спонтанное параметрическое рассеяние света. Издание предназначено для студентов инженерно-физических направлений.

В книге собраны самые популярные лекции знаменитого австрийского физика-теоретика, одного из создателей квантовой механики, прочитанные им в разные годы. В первой части Шрёдингер с позиций теоретической физики обсуждает общие проблемы физического подхода к различным явлениям жизни, причины макроскопичности, многоатомности организма, механизма наследственности и мутаций. Вторая часть включает лекции, описывающие положение дел в физике, сложившееся в результате постепенного развития науки к середине 50-х годов XX века, раскрывающее отношение Шрё-дингера к научным достижениям как к стремлению человека познать свое место во вселенной. В третьей части автор затрагивает вопросы о роли науки в жизни человека, ценности научного знания и этики преподавателя; вопросы отношения разума и материи, формы и содержания, отличий представлений современной физики от взглядов ученых эпохи «доквантовой физики». Книга адресована широкому кругу читателей, интересующихся глобальными проблемами науки и философии.

В данной работе проведена оценка криптостойкости известных криптографических методов и методов на основе шумоподобных сигналов, схожих по своим свойствам с «ограниченным» белым шумом и применяемых для расширения спектра передаваемых сообщений, к деструктивному воздействию «просмотр передаваемых данных» (атака, направленная на раскрытие шифртекста), основанному на полном переборе («лобовая» атака) кодовых структур (пространства ключей), в случае использования квантовых компьютеров. Установлено, что необходимым значением количества кодовых структур (пространства ключей), с учетом постоянно совершенствующихся и развивающихся вычислительных мощностей квантовых компьютеров, на ближайшие годы следует считать значение 1032 и выше, обеспечивающее криптостойкость минимум 3 года. Показано, что алгоритм Гровера схож с деструктивным воздействием «просмотр передаваемых данных» (атака, направленная на раскрытие шифртекста), основанном на полном переборе («лобовая» атака) всех кодовых структур (пространства ключей) с помощью современных супер ЭВМ. Установлено, что известные криптографические методы потенциально могут применяться в постквантовую эпоху, а методы на основе шумоподобных сигналов потенциально, при условии их обнаружения и осведомленности о методах, положенных в их основу (без знания ключа), не могут применяться в постквантовую эпоху. Перспективным подходом в постквантовую эпоху для вопросов обеспечения информационной безопасности, по мнению авторов, является использование хаотических сигналов.

Учебное пособие посвящено основам теории построения квантовых компьютеров. В ней рассмотрены физико-технические принципы построения современных квантовых вычислителей. Рассмотрена реализация широкого плана квантовых алгоритмов, предназначенных для реализации самых разнообразных задач науки и техники. Пособие может быть полезно специалистам, работающим в области информационных технологий и вычислительной техники, а также студентам и аспирантам, обучающимся по этим специальностям.

Представлены описания лабораторных работ для студентов 2–3-х курсов, обучающихся по специальностям «Нанотехнологии в электронике» и «Квантовая электроника». В ходе выполнения работ студенты ознакомятся с некоторыми методами получения наночастиц и нанокомпозитов, приобретут навыки работы с объектами нанометрового размера и овладеют современными физико-химическими методами исследования. Каждый цикл работ предваряется теоретическим введением, которое может играть роль краткого конспекта лекций. Для студентов, аспирантов, докторантов, преподавателей классических, педагогических и технологических университетов, а также специалистов, работающих над проблемами разработки и применения нанотехнологии.

Представлена новая информационно-измерительная технология «Лазерная рефрактография», предназначенная для визуальной и количественной диагностики процессов в объеме и пограничных слоях жидкостей и газов. Предложено использование лазерных пучков с пространственной модуляцией интенсивности для зондирования исследуемой области, что позволяет получать рефракционные изображения с дискретной контурной структурой (рефрактограммы). Показано, что цифровая регистрация рефрактограмм совместно с оригинальными компьютерными алгоритмами обработки изображений обеспечивает высокое пространственное разрешение и возможность количественной диагностики микронеоднородностей. Приведены результаты исследования температурных полей в пристеночных микрослоях жидкости при наличии конвекции. Рекомендовано УМО по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 210103 «Квантовая и оптическая электроника» направления подготовки 210100 «Электроника и микроэлектроника».

Представлены базовые понятия квантовой механики, статической физики, физики полупроводников и полупроводниковых приборов, контактные и поверхностные явления и другие фундаментальные положения, необходимые при изучении курса «Физические основы микроэлектроники» и близких ему курсов. Показаны перспективы развития новых направлений микроэлектроники. Для студентов специальностей 210201.65, 210202.65 и направления 551100, а также студентов родственных специальностей.

Содержит лабораторные и практические работы по базовому курсу «Физические основы микроэлектроники». Представлены краткие теоретические сведения, связанные с исследованием основных параметров полупроводников, контактов и МДПструктур. Приведены примеры решения задач по различным разделам дисциплины, а также задачи для самостоятельного решения. Включен раздел, посвященный методам планирования эксперимента, обработки и оформления результатов работ. Для студентов специальностей 210201.65, 210202.65, а также родственных специальностей.

В учебник включены разделы лазерной физики, знание которых необходимо при использовании лазеров во многих областях науки и техники. Рассмотрено распространение волн в различных средах, обоснованы кинетические уравнения, которые лежат в основе теории лазеров, дано решение этих уравнений. Учебник предназначен для студентов, аспирантов и научных сотрудников, специализирующихся в областях лазерной физики и квантовой электроники.

Учебник посвящен изложению основ слабой сверхпроводимости и ее существующим и потенциальным применениям. Особое внимание уделено описанию недавно открытых джозефсоновских квантовых битов, называемых кубитами. По уровню изложения он доступен студентам старших курсов и аспирантам физико-технических направлений высших учебных заведений. Начальные знания квантовой механики необходимы. Изложены основы физики джозефсоновских контактов. Подробно рассмотрена динамика квантовых двухуровневых систем, приводятся примеры описания открытых квантовых систем. Обсуждаются особенности измерения и контроля сверхпроводниковых кубитов. Учебник предназначен для магистрантов и аспирантов физико-технических направлений вузов, специализирующихся в области квантовой информатики и физики конденсированного состояния.

Представлены основные физические принципы формирования оптического излучения в полупроводниковых структурах, а также условия его усиления и генерации. На основе представленных физических принципов показаны подходы к разработке и оптимизации конструкции светодиодных и лазерных оптоэлектронных приборов. Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся в бакалавриате по направлению подготовки 11.03.04 «Электроника и наноэлектроника».

Кратко рассмотрены основные физические принципы работы квантово-каскадных лазеров (ККЛ), работающих от средневолнового диапазона инфракрасного спектра до терагерцевого диапазона частот. Обсуждаются уникальные свойства излучения ККЛ, являющиеся обоснованием наиболее предпочтительных областей их применения. Приводятся многочисленные примеры применения ККЛ и приборов на их основе в различных сферах деятельности. Анализируются проблемы, еще требующие своего решения для расширения областей применения этих лазеров. Книга рассчитана на широкий круг специалистов, работающих в области обороны, безопасности, связи, медицины и биологии, экологического мониторинга и спектроскопии, лазерной физики, а также может быть полезна преподавателям, аспирантам и студентам старших курсов соответствующих специальностей.

От создателя IBM Q. Квантовые вычисления заставляют нас изменить отношение к компьютерам. Кубиты способны решать задачи, которые еще совсем недавно казались неразрешимыми. Вы узнаете о принципиальных различиях между квантовыми и классическими вычислениями, вспомните матанализ, чтобы разобраться с такими понятиями, как суперпозиция, запутанность и интерференция, от алгоритмов и схем перейдете к физическим и техническим идеям, лежащим в основе создания железа для квантовых вычислений. Загляните в будущее и узнайте, как развитие технологий повлияет на нашу жизнь!