光互连与并行处理 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:电子工业出版社

作者:李之棠

出品人:

页数:196

译者:

出版时间:2001-12-1

价格:25.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787505374461

丛书系列:

图书标签:

• 光互连
• 并行处理
• 光通信
• 计算机体系结构
• 高性能计算
• 光子集成电路
• 数据中心
• 并行算法
• 光电子学
• 信息处理

好的，这是一本关于量子信息与计算的图书简介，旨在深入探讨这一前沿领域的基础理论、关键技术及其未来应用前景，内容不涉及“光互连与并行处理”。 --- 量子信息与计算：原理、技术与未来图景 内容简介 本书全面而深入地剖析了量子信息科学与计算技术的核心概念、数学基础、关键物理实现途径及其在信息处理领域的颠覆性潜力。我们旨在为读者构建一个清晰、系统的知识框架，从量子力学的基本原理出发，逐步过渡到复杂的量子算法设计、量子纠错理论以及实际的量子硬件构建挑战。 本书的结构设计遵循理论构建—技术实现—前沿应用的逻辑主线，力求在保持高度学术严谨性的同时，兼顾清晰的叙述逻辑，适合具备一定高等数学和基础物理知识的理工科学生、研究人员以及希望深入了解下一代信息技术的专业人士阅读。 --- 第一部分：量子力学的基石与信息载体 本部分是理解后续所有量子信息概念的理论基础。我们首先回顾经典信息论的局限性，引出量子信息学的必要性。 第一章：量子力学基础回顾 本章聚焦于对量子信息至关重要的那一部分量子力学知识。详细阐述了希尔伯特空间的数学结构，引入态矢量和算符的概念，强调了狄拉克符号（Bra-Ket Notation）在量子信息处理中的高效性。重点讨论了叠加原理、测量理论（包括投影公设）及其对信息获取的根本限制。此外，还深入探讨了哈密顿量的演化，即薛定谔方程的动力学描述。 第二章：量子比特（Qubit）的本质与特性 量子比特是量子信息处理的基本单元。本章详细分析了单量子比特的状态空间，即二维复数空间上的单位球面（布洛赫球）。通过对布洛赫球的几何描述，直观展示了量子态的连续性和经典比特的离散性之间的本质区别。我们深入探讨了量子态的纯度与混合态，使用密度矩阵描述实际中无法完全隔离的量子系统。本章还系统梳理了基本的单比特量子门（如泡利门集、Hadamard门）及其在布洛赫球上的几何作用。 第三章：多体量子系统与纠缠 纠缠是量子信息区别于经典信息的最核心资源。本章首先介绍了张量积空间，用于描述多量子比特系统的态空间。随后，详细定义并分析了可分离态与纠缠态。重点分析了贝尔态（Bell States），这是最基础的、最大程度纠缠的两个量子比特态，并讨论了如何通过局部操作和经典通信（LOCC）无法实现态间的转换。本章还引入了纠缠的定量度量，如纠缠熵，为后续的量子通信和计算资源评估奠定基础。 --- 第二部分：量子计算的框架与算法 本部分将理论基础转化为实际的计算模型和求解工具。 第四章：量子电路模型与通用门集 量子计算主要通过量子电路模型进行描述。本章详细介绍了电路图的绘制规范，并专注于多量子比特量子门，如CNOT（受控非门）、SWAP门以及Toffoli门。我们论证了通用门集的存在性，证明了仅使用一组特定的单比特门和CNOT门即可构建任意量子线路，这是量子计算可编程性的理论保障。 第五章：量子并行性与度量 量子并行性（Quantum Parallelism）是量子计算加速的直观来源。本章通过相位估计算法的初步介绍，阐释了量子系统如何在指数级大的空间中同时进行演化。我们严格定义了量子线路的复杂度，包括量子比特数量和线路深度，并讨论了如何将经典函数转化为酉变换（Unitary Transformation）以在量子计算机上执行。 第六章：核心量子算法解析 本章深入剖析了几种奠基性的量子算法，阐明了它们如何利用叠加和干涉原理实现加速： Deutsch-Jozsa算法：展示了对特定函数类进行一次查询的优越性。 Grover搜索算法：详细推导了二次加速的来源，包括振幅放大技术。 Shor因子分解算法：作为最著名的量子算法，本章重点讲解了其核心——量子相位估计算法在周期寻找中的应用，并分析了其对现代密码学的颠覆性影响。 --- 第三部分：量子信息技术的关键挑战 本部分转向实际物理系统的实现、量子信息的可靠传输与保护。 第七章：量子纠错码（QEC） 量子态的脆弱性要求必须有纠错机制。本章介绍了量子错误的类型（比特翻转、相位翻转及复合错误）。详细阐述了Shor的九比特码和CSS码（Calderbank-Shor-Steane）的基本原理，包括稳定子理论（Stabilizer Formalism）。重点分析了表面码（Surface Code），这是目前容错量子计算中最具前景的架构之一，讲解了其逻辑比特的编码方式和必要的近邻耦合结构。 第八章：量子通信与密码学 本章关注如何在信道中安全地传输量子态。详细介绍了量子密钥分发（QKD）的基本协议，特别是BB84协议的原理和安全性论证，解释了为什么测量会泄露信息。同时，深入讨论了量子隐形传态（Teleportation），阐明了其如何通过纠缠和经典通信实现量子态的无损转移。 第九章：物理实现平台综述 本章对当前主要的物理量子计算平台进行了细致的比较和分析。内容涵盖： 超导电路（Transmon Qubits）：分析了其优越的集成能力和主要的退相干挑战。 离子阱（Trapped Ions）：强调了其高保真度的单比特和双比特门操作能力。 中性原子与光子系统：讨论了可扩展性潜力。 拓扑量子计算的初步概念，以及对物理系统实现通用量子计算所需“门保真度”和“连接性”的量化要求。 --- 第十章：未来展望与交叉领域 本书最后展望了量子信息科学与其他学科的交叉潜力。探讨了变分量子本征求解器（VQE）等混合量子-经典算法在模拟化学和材料科学中的应用，以及量子机器学习的基本范式。本章旨在引导读者思考如何将量子计算的优势与经典计算的稳健性相结合，共同推动下一代信息技术的突破。 --- 关键词：量子比特，纠缠，布洛赫球，量子门，Shor算法，Grover算法，量子纠错，表面码，量子隐形传态，密度矩阵，酉变换。

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