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出版者:世界图书出版社

作者:张琦

出品人:

页数:80

译者:

出版时间:1997-9-1

价格:26.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787506226301

丛书系列:

图书标签:

• 室内设计
• 住宅装修
• 家居装饰
• 装修技巧
• 装修方案
• 装修材料
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• DIY
• 装修指南

科技前沿：量子计算与未来信息技术 图书简介 本书深入探讨了量子计算领域的最新进展、核心理论及其对未来信息技术产生的颠覆性影响。我们致力于提供一个全面而深入的视角，解析量子比特的特性、量子逻辑门的设计原理，以及实现可扩展量子计算机所面临的工程挑战。这不是一本关于传统编程或经典信息学的入门读物，而是聚焦于前沿物理学如何重塑计算范式的前瞻性论著。 第一部分：量子力学基础与计算理论的重构 本部分将从量子力学的基本公设出发，系统阐述叠加态、量子纠缠等核心概念。我们将详细解析如何利用这些奇异的物理现象构建信息的基本单元——量子比特（Qubit）。不同于经典比特的非黑即白，量子比特的连续状态空间是其强大潜力的源泉。 量子态的数学描述： 详细介绍狄拉克符号（Bra-Ket Notation），以及如何用希尔伯特空间来描述多量子比特系统。我们将严格推导量子态的演化方程——薛定谔方程在量子计算背景下的应用。 量子纠缠的深入理解： 纠缠是量子计算区别于经典计算的关键特性。本章将分析贝尔态的性质，探讨如何量化和验证纠缠程度，并阐述纠缠在构建更强大的计算资源中所扮演的角色。 量子信息论基础： 区别于香农的信息论，本章引入了冯·诺依曼熵和纠缠熵等概念，探讨信息在量子世界中的存储、传输和测量限制。重点分析量子不可克隆定理的深远意义。 第二部分：量子算法的突破与应用前景 量子计算机一旦建成，其威力将体现在能够高效解决特定经典计算机难以处理的问题。本部分将聚焦于那些能够带来指数级或多项式加速的标志性量子算法。 秀尔（Shor）算法的机制剖析： 详细分解Shor算法中，如何利用量子傅里叶变换（QFT）实现大数质因数分解的加速。我们将探讨该算法对现代公钥加密体系（如RSA）的潜在威胁，并引出现代密码学的量子安全替代方案。 格罗弗（Grover）搜索算法： 分析Grover算法如何将无结构数据库的搜索复杂度从$O(N)$降至$O(sqrt{N})$。我们将通过几何解释法，直观展示振幅放大机制，并讨论其在优化问题中的近似应用。 变分量子本征求解器（VQE）与量子近似优化算法（QAOA）： 面对当前“含噪声中等规模量子”（NISQ）设备的能力限制，混合量子-经典算法成为研究热点。本章将详细介绍VQE如何用于模拟分子能量结构，以及QAOA在线性规划和组合优化中的应用框架。 第三部分：量子硬件的工程挑战与实现路径 理论的辉煌必须建立在稳定的物理载体之上。本部分将全面审视当前主流的量子计算机物理实现路径，分析它们各自的优势、技术瓶颈以及工程难度。 超导电路量子计算机： 重点分析基于Transmon或Flux Qubit的架构。我们将深入探讨微波脉冲控制的细节，例如如何精确控制Ramsey序列和Rabi振荡来实现单比特门操作。同时，系统性地讨论退相干时间（Coherence Time）和门操作保真度的挑战。 离子阱量子计算机： 阐述如何利用激光冷却和电磁场囚禁单个离子，利用离子的内部能级作为量子比特。重点讨论Mølmer–Sørensen门等高保真度双比特门操作的实现方式，以及离子链的扩展性问题。 拓扑量子计算的远景： 介绍基于Majorana费米子的拓扑量子比特概念。分析其理论上对局部噪声的内在免疫性，以及在理论物理和凝聚态物理前沿寻找和操控这些准粒子的极端难度。 第四部分：量子纠错与容错计算 噪声是量子计算实现实用化的最大障碍。本部分专门阐述如何通过编码冗余来保护脆弱的量子信息。 经典纠错与量子纠错的本质区别： 解释为什么经典的“三取一”复制策略在量子世界中行不通（不可克隆定理）。 表面码（Surface Code）的详细解析： 表面码是目前最有希望实现容错计算的方案。本章将详细介绍其编码方案、稳定子测量过程，以及如何构建逻辑门操作（如魔术态蒸馏）。我们将分析其阈值要求和实现大规模逻辑量子比特所需的物理比特数量。 第五部分：量子信息技术的交叉应用 量子计算的影响远超纯粹的计算领域，它正在与物理学、化学和安全领域深度融合。 量子化学模拟： 探讨如何利用量子计算机克服经典计算在精确模拟强关联电子系统（如催化剂反应或高温超导材料）时的“指数墙”，为新材料发现提供工具。 后量子密码学（PQC）： 鉴于Shor算法的威胁，本章将转向经典密码学防御。详细介绍基于格理论（Lattice-based）、编码理论（Code-based）和哈希函数（Hash-based）的PQC方案的数学基础和安全性评估。 量子网络与量子互联网： 讨论如何利用量子中继器和量子存储器，构建能够传输纠缠的远距离量子通信网络，探索量子密钥分发（QKD）的下一代技术。 本书面向具有扎实线性代数和基础物理学知识的研究人员、高年级本科生和专业工程师。它不仅是理解当代尖端科技的指南，更是通往未来信息时代的路线图。阅读本书，您将掌握构建和理解下一代计算基础设施所需的理论工具和前沿知识。

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