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出版者:人民大学

作者:苏俊

出品人:

页数:302

译者:

出版时间:2004-8

价格:29.00元

装帧:

isbn号码:9787300044040

丛书系列:

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好的，这是一本关于量子计算与信息科学的深度专著的简介。 --- 量子计算与信息科学：理论基石与前沿应用 本书关键词： 量子力学基础、量子信息论、量子计算模型、量子算法、量子纠错码、量子密码学、物理实现、前沿应用 页数： 约 980 页（正文） 目标读者： 物理学、计算机科学、数学、电子工程等相关专业的本科高年级学生、研究生、科研人员以及对未来计算范式抱有浓厚兴趣的专业人士。 内容概述： 本书旨在构建一座坚实的桥梁，连接微观世界的奇特物理定律与宏大计算能力的革命性飞跃。它系统而深入地探讨了量子信息科学的理论框架、核心概念、关键算法及其在不同物理系统中的实现路径。与侧重于传统经典数据结构和代数运算的教材不同，本书将读者完全沉浸于概率幅、叠加态和量子纠缠的奇妙领域，为理解和掌握下一代计算技术奠定无可替代的理论基础。 第一部分：量子力学的物理基石（The Physical Foundations of Quantum Mechanics） 本部分是理解量子计算的先决条件，它以一种高度抽象和数学化的方式，重新审视了量子理论的核心要素，并将其转化为适用于信息处理的语言。 第 1 章：经典物理学的局限与量子化 回顾牛顿力学与麦克斯韦电磁学的经典描述，引入普朗克黑体辐射、光电效应的解释，为理解量子假设的必要性铺平道路。着重介绍能级量子化和波粒二象性。 第 2 章：量子态的数学描述 详细阐述狄拉克符号（Bra-Ket 符号）的严格定义，引入希尔伯特空间的概念。讨论态矢的归一化、投影公设以及量子态的演化——薛定谔方程和密度算符的引入，尤其关注混合态的描述。 第 3 章：基本量子力学操作 深入分析自伴随算符（观测量的数学表示）、本征值与本征态。详述角动量（特别是自旋）的量子力学处理，这是量子比特物理实现中最常见的自由度。讨论量子测量过程的不可逆性与概率诠释。 第 4 章：多体系统与量子纠缠的起源 将理论从单粒子扩展到多粒子系统。重点讲解张量积空间、可分离态与纠缠态的区分。引入贝尔不等式的物理意义及其作为非定域实在性证据的地位，为后续的量子信息处理的“非经典性”提供物理依据。 第二部分：量子信息论与基本操作（Quantum Information and Elementary Operations） 本部分将物理概念转化为信息处理单元——量子比特（Qubit）——并构建执行信息操作所需的“量子门”工具箱。 第 5 章：量子比特：信息的新载体 定义单量子比特的状态表示。详述泡利矩阵（Pauli Matrices）作为基础单比特逻辑门的作用。引入罗德里格斯旋转公式，将量子门操作理解为希尔伯特空间中的旋转。 第 6 章：多比特操作与通用量子门集 系统介绍多量子比特的张量积空间。深入分析 CNOT（受控非门）作为构建通用量子逻辑的关键。证明 {Hadamard, Phase Gate, CNOT} 构成一个通用的、可实现任何酉变换的量子门集。 第 7 章：量子信息量的度量 超越经典香农熵，引入冯·诺依曼熵（Von Neumann Entropy）来度量量子态的混杂程度。详细讨论量子互信息、量子信道容量的概念，并引入量子隐私和安全性的信息论基础。 第 8 章：量子纠错码的原理 量子态的脆弱性要求引入纠错机制。本章专注于理解量子错误的类型（位翻转、相位翻转、联合错误）。介绍经典汉明码到量子汉明码的推广，并详细推导并分析Shor的9量子比特代码和Steane的[7,1,3]码的编码与译码过程，强调稳定子理论在纠错中的核心作用。 第三部分：核心量子计算模型与算法（Core Models and Algorithms） 本部分是本书的计算核心，专注于描述量子计算机如何工作，以及它们相对于经典计算机的潜在加速来源。 第 9 章：量子电路模型与量子图灵机 形式化描述量子计算的执行框架——量子电路图。讨论如何将任意酉矩阵分解为有限门的序列。简要介绍量子图灵机（QTM）的理论模型及其与量子电路模型的等价性。 第 10 章：量子并行性与超线性加速 深入探讨量子叠加态如何导致指数级并行性。重点分析Deutsch-Jozsa 算法，作为第一个展示量子加速的算法，并解释其局限性。 第 11 章：振幅放大：Grover 搜索算法 详细推导 Grover 算法的迭代步骤，包括扩散算符和反射算符的几何意义。分析其 $mathcal{O}(sqrt{N})$ 的时间复杂度优势，并讨论其在非结构化搜索问题中的普适性。 第 12 章：量子傅里叶变换（QFT）与周期查找 将经典离散傅里叶变换（DFT）推广至量子域。详细阐述 QFT 的高效实现电路。将 QFT 作为核心组件，系统推导秀尔（Shor）因式分解算法的完整流程，并分析其对现代公钥密码体系的颠覆性意义。 第 13 章：量子模拟 讨论量子计算机在模拟其他量子系统上的独特优势。介绍 Trotter-Suzuki 分解方法，用于模拟哈密顿量的时间演化，这是量子化学计算和材料科学模拟的基础。 第四部分：物理实现与前沿挑战（Physical Implementations and Frontier Challenges） 理论最终必须落地于物理现实。本部分探讨了当前主流的量子硬件平台及其面临的技术瓶颈。 第 14 章：超导电路量子计算 深入分析基于约瑟夫森结的量子比特（Transmon Qubit）的物理机制。讨论其优点（可扩展性、快速门操作）和主要挑战（退相干时间、串扰）。介绍当前领先的架构（如谷歌 Sycamore 和 IBM Osprey 架构）。 第 15 章：囚禁离子与光子系统 详细介绍使用激光冷却和电磁场捕获离子的系统（如 IonQ 平台）。比较离子系统的高保真度与超导系统的操作速度。同时，深入探讨基于线性光学元件的光子量子计算模型（如玻色子采样）。 第 16 章：半导体与拓扑量子计算的展望 探讨基于硅基量子点（Quantum Dots）的实现路径，强调其与现有半导体工业的兼容性。概述拓扑量子计算的理论基础，特别是马约拉纳费米子（Majorana Fermions）如何提供本质上对局部噪声免疫的量子比特。 第 17 章：含噪声中等规模量子（NISQ）时代的应用 在完美容错计算尚未实现时，讨论当前设备的应用。详细解析变分量子本征求解器（VQE）和量子近似优化算法（QAOA）的混合经典-量子架构，以及它们在优化问题和量子化学中的初步应用。 --- 本书特色： 1. 数学严谨性： 每一个概念的引入都伴随着严格的数学推导，避免使用模糊的类比。 2. 物理直觉： 始终将抽象的数学操作映射回具体的物理图像（如旋转、投影、能量演化）。 3. 前沿覆盖： 涵盖了从基础的量子密码学（BB84 协议）到最新的 NISQ 时代算法，确保读者具备跟上领域前沿的能力。 4. 跨学科整合： 成功地将量子物理的深度知识与计算机科学的算法设计紧密结合，为复合型人才培养提供核心教材。 本书不仅是一本教材，更是一份对未来计算范式的深度探索指南。阅读本书，将使读者超越对经典计算的固有认知，真正掌握驱动下一代科技革命的核心理论。

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这本书给我最大的困惑在于它的“时间错位感”。内容似乎定格在了上一个时代的技术栈上。当我期待看到关于云原生数据库、NoSQL的适用场景对比，或者至少是对JSONB数据类型的深入剖析时，书中大部分篇幅却沉浸在对ISAM文件结构和早期关系代数模型的冗长回顾中。那些关于磁盘I/O优化和页面管理的讨论，虽然具有历史价值，但在今天的内存计算和分布式存储背景下，显得有些过时和冗余。我可以理解追溯历史的重要性，但一本名为“基础教程”的书，其主要职责是为读者构建面向未来的技能树。这本书更像是一份详尽的历史文献，而非实用的技术指南。我感觉自己像是在学习驾驶一辆经典老爷车，而不是现代智能汽车，虽然结构相似，但操作体验和适用范围已经大不相同了。这让我对于投入时间学习其中过时的部分感到犹豫。

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这本书的叙述方式简直是一场思想的迷宫探险，它没有直接给你地图，而是把你扔进了一个充满概念巨石和逻辑藤蔓的密林。我花了大量时间去梳理作者构建的这个抽象框架，它更像是一部哲学著作的引言，探讨的是“信息”本身的本质，而不是告诉你如何搭建一个实际的数据库。我尤其注意到作者在描述数据模型时，大量引用了符号逻辑和集合论的晦涩语言，这使得阅读过程充满了挑战，每读完一个章节，都感觉像是攻克了一座逻辑堡垒。比如，关于关系代数的讨论，与其说是在教我如何进行查询优化，不如说是在探讨数学世界中“关系”的极限定义。对于一个期望快速上手实践的初学者来说，这本书可能更像是理论的“高山仰止”，让人敬畏，却难以触及实际操作的层面。它更适合那些希望深入探究数据结构背后的纯粹数学原理，并愿意在晦涩的定义和公理中寻找乐趣的读者。我个人认为，这本书的价值在于拓宽了对“结构化存储”的哲学思考维度，但如果你的目标是“学会用SQL搞定工作”，这本书恐怕会让你迷失在概念的海洋里。

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我阅读这本书的感受，就像是参加了一个由顶级科学家举办的闭门研讨会，其中充满了深奥的术语和行业黑话，但他们似乎忘记了听众中还有“非专业人士”。作者在介绍核心概念时，几乎没有使用任何类比或生活化的例子来辅助理解。例如，当他解释“事务的ACID特性”时，他直接引用了分布式系统一致性模型的复杂论述，没有用一个简单的银行转账或者在线预订的场景来落地。这导致我花费了不成比例的时间去“解码”作者的意图，而不是去掌握技术本身。书中对于“索引优化”的讲解，也充满了对复杂算法的数学推导，却很少提及在实际的MySQL或PostgreSQL环境下，我们应该如何通过`EXPLAIN`命令来验证和调整这些理论。对于一个渴望通过阅读来解决实际工程问题的读者来说，这本书更像是一本“知识的展示柜”，里面的展品华美精致，但都是被锁在玻璃柜里的，我摸不到，也用不了。

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这本书的作者似乎对“教程”的定义有着非常独特的理解，他更倾向于把它塑造成一个“概念的百科全书”，而不是一个“技能的阶梯”。全书的结构松散，章节之间的逻辑跳跃性极大。一个章节可能深入探讨了B+树的平衡机制到分子层面，而下一个章节可能突然冒出一段关于数据库安全审计的宏观论述，两者之间缺乏平滑的过渡和知识的串联。这使得读者的学习路径充满了断裂感，我常常需要自己在大脑中构建桥梁，将前面学到的“存储结构”和后面学到的“并发控制”强行连接起来。这种结构上的不连贯，极大地削弱了知识的内化效率。它更像是一系列高质量的学术论文的松散汇编，而非一个精心设计、层层递进的教学大纲。想要从中系统地建立起一个完整的数据库知识体系，读者需要付出超乎寻常的自律和重构能力，才能将这些散落的珍珠串成一条有价值的项链。

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这本书的排版和装帧设计简直是一场灾难，完全没有考虑到读者的阅读体验，简直像是上世纪八十年代的大学教材复印版。纸张的质量粗糙得让人不忍直视，油墨晕染得厉害，尤其是那些图表，那些本该清晰展示实体关系和数据流向的图形，现在看起来就像是抽象派画作，线条模糊，标识不清，我甚至需要拿放大镜来辨别不同实体间的连接线是否是主键或外键。更别提那些代码示例了，它们被压缩在狭小的篇幅里，格式混乱，缩进全无，仿佛作者是随手将终端输出粘贴上去的。我尝试对照书中的示例去敲代码，结果光是整理那些格式就浪费了我一半的时间。这种对细节的漠视，让我对书中传授的知识的严谨性产生了深深的怀疑。一个连自身呈现都如此粗糙的“教程”，如何能让人完全信赖它在复杂系统设计上的指导能力？这本书更像是一个匆忙完成的学术报告草稿，而不是一本精心打磨的教学工具书。

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