Основы математического моделирования квантовых вычислительных процессов. Учебное пособие для вузов

Учебное пособие посвящено вопросам математического моделирования квантовых процессов. Основное содержание учебного пособия можно разделить на три части. В первой части рассматриваются основные вопросы линейной алгебры, необходимые для дальнейшего понимания материала. Приводятся определения линейного пространства, базиса, матрицы перехода, линейного оператора, унитарного пространства, сопряженного пространства, эрмитовой и унитарной матриц, тензорного произведения линейных пространств, операторов и векторов. Во второй части даются основы квантовой механики. Вводятся определения кубита, многочастичного квантового состояния, квантовой запутанности, матрицы плотности Ландау, квантовых гейтов. В третьей части приводится модель Джейнса — Каммингса для одного атома и фотона. Динамика системы исследуется с помощью общего решения уравнения Шредингера. Показано наличие в системе рабиевских осцилляций. В учебном пособии предлагается много упражнений, большая часть из которых разобрана. В Приложении рассматривается квантовая динамика системы с модельными гамильтонианами. Предложен комплекс программ, написанных на языке Python. Учебное пособие написано с учетом требований Федерального государственного образовательного стандарта по направлению подготовки «Прикладная математика». Учебное пособие предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям «Прикладная математика», «Прикладная информатика», «Физика». Оно также может быть использовано для студентов других специальностей, которых интересуют приложения линейной алгебры к математическому моделированию нанопроцессов.