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出版者:暨南大学出版社,清华大学出版社

作者:郭重庆

出品人:

页数:202

译者:

出版时间:2002-8

价格:15.00元

装帧:精装(无盘)

isbn号码:9787302053248

丛书系列:

图书标签:

• 科学
• 先进制造
• 智能制造
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• 0
• 数字化转型
• 生产技术
• 工艺技术
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• 精密制造
• 新兴技术
• 工业工程

好的，这是一份关于一本名为《量子计算与信息科学前沿》的图书简介，内容详实，力求自然流畅： --- 《量子计算与信息科学前沿》图书简介 （总计约 1500 字） 导言：迈向计算的终极疆域 在信息技术飞速迭代的今天，我们正站在一个前所未有的技术转折点上。传统电子计算机的性能瓶颈日益凸显，基于经典物理定律的计算模式已难以应对诸如复杂药物分子模拟、大规模金融风险建模以及密码学安全等前沿挑战。《量子计算与信息科学前沿》一书，正是为应对这一时代需求而生的深度力作。它并非简单地介绍量子计算的历史或基础概念，而是聚焦于当前研究最活跃、最具颠覆性的领域，为读者提供一个全面、深入且前瞻性的知识图谱。本书旨在搭建理论物理、计算机科学与工程技术之间的桥梁，揭示量子力学原理如何被巧妙地转化为可操作的计算范式。 第一部分：量子计算的理论基石与架构演进 本书的首要目标是夯实读者对量子计算核心理论的理解。我们没有停留在教科书式的薛定谔方程讲解，而是直接切入量子比特（Qubit）的物理实现机制及其固有的复杂性。 量子比特的物理载体与操控技术： 详细探讨了当前主流的量子比特实现路线图。从超导电路中约瑟夫森结的量子效应，到囚禁离子体系中能级跃迁的精确控制，再到拓扑量子比特在抵抗退相干方面的独特潜力，每一章节都深入剖析了其对应的物理化学基础、搭建难度以及扩展性的挑战。例如，对于超导量子比特，书中细致阐述了如何利用微波脉冲序列来执行高保真度的单比特和双比特门操作，并对Transmon、Fluxonium等不同构型下的能级结构和耦合方式进行了对比分析。 量子信息论与复杂性理论： 理论部分深入探讨了量子傅里叶变换、量子隐形传态等基本操作背后的数学结构。特别值得一提的是，本书在信息论层面引入了“量子互信息”和“纠缠熵”的概念，用以量化系统中的量子资源。在计算复杂性方面，本书系统梳理了BQP（有界概率量子时间）类与其他经典复杂性类（如P、NP）之间的关系，解释了Shor算法和Grover算法在理论上实现加速的根本原因，并非简单的并行计算，而是基于干涉效应的对概率幅的巧妙重构。 第二部分：量子算法的创新与应用深度挖掘 算法是量子计算的灵魂所在。本书的第二部分致力于展示如何将量子力学的奇特性质转化为解决实际问题的强大工具，重点关注那些超越经典限制的算法设计思路。 变分量子本征求解器（VQE）的优化策略： 鉴于当前含噪中等规模量子（NISQ）设备的不完善性，VQE已成为模拟化学和材料科学问题的首选框架。书中不仅介绍了VQE的基本流程，还聚焦于如何优化“Ansatz”（试探波函数）的设计，以减少电路深度和对量子硬件的依赖。具体讨论了硬件高效Ansatz的构建，以及如何通过后处理技术（如误差抑制）来提高化学基态能量计算的精度。 量子机器学习（QML）的新范式： QML是连接人工智能与量子计算的热点领域。本书详细解析了量子支持向量机（QSVM）、量子神经网络（QNN）的构建原理。我们着重探讨了“量子特征映射”的概念，即如何利用高维的希尔伯特空间来捕捉经典数据中难以发现的非线性关联。同时，书中也批判性地讨论了“数据编码瓶颈”和“Barren Plateau”（空寂平原）问题，并提出了基于张量网络态的有效缓解方案。 优化问题的量子近似方案： 对于组合优化难题，如旅行商问题（TSP）和最大割问题，本书重点介绍了量子退火（Quantum Annealing）和量子近似优化算法（QAOA）。我们深入分析了QAOA中参数$eta$和$gamma$的选取对解质量和收敛速度的影响，并通过一个具体的物流调度案例，对比了QAOA与经典启发式算法的性能差异。 第三部分：量子工程与前沿技术挑战 量子计算的落地离不开坚实的工程支撑。本书的第三部分将目光投向了量子硬件的实际构建、系统集成以及关键的错误抑制技术。 量子纠错码与容错量子计算： 噪声是量子计算最大的敌人。本书详细阐述了表面码（Surface Code）的设计理念，这是目前容错计算中最具潜力的编码方案。我们剖析了其拓扑结构、稳定子测量过程，并估算了实现逻辑比特所需的基础物理比特数。此外，书中还对比了其他重要的编码方案，如Steane码和Shor码，以凸显不同纠错策略在资源消耗和抗噪能力上的权衡。 量子网络与分布式计算： 信息的安全传输与远距离量子计算依赖于量子网络。本书探讨了如何利用量子中继器（Quantum Repeater）克服光纤传输中的损耗问题，以及基于纠缠交换（Entanglement Swapping）构建远距离连接的技术路径。对量子存储器（Quantum Memory）的相干时间、读写效率等关键性能指标进行了深入的评估。 量子传感与计量学的交叉应用： 尽管本书聚焦计算，但量子力学在传感领域的突破同样意义深远。我们探讨了利用NV色心（氮-空位中心）进行高精度磁场测量，以及基于原子钟的引力波探测潜力。这些应用展示了量子原理在信息获取和处理上的普适性。 结语：展望未来生态 《量子计算与信息科学前沿》最终将读者的视野引向未来。我们探讨了通用量子计算机的潜在时间表、量子霸权（Quantum Supremacy）的哲学意义，以及量子计算对现有加密体系可能带来的冲击。本书旨在为科研人员、高阶工程技术人员及政策制定者提供一个清晰的路线图，让他们能够准确把握这项颠覆性技术的当前脉搏与未来走向。通过扎实的理论剖析与前沿的应用探讨，本书力求成为驱动下一代信息技术革命的理论指南。 ---

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