Quantum Computation and Quantum Information

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出版者:Cambridge University Press
作者:Michael A. Nielsen
出品人:
页数:700
译者:
出版时间:2000-10-23
价格:GBP 49.00
装帧:Paperback
isbn号码:9780521635035
丛书系列:
图书标签:
  • 量子计算
  • 量子信息
  • Quantum.Computation
  • 物理
  • 计算机科学
  • 量子物理
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  • Quantum Computing
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具体描述

This text is a comprehensive introduction to the main ideas and techniques of the field of quantum computation and quantum information. Until now, the rapid rate of progress and its cross-disciplinary nature have made it difficult for newcomers to the field to obtain a broad overview of the most important techniques and results.

Michael Nielsen and Isaac Chuang ask the question: what are the ultimate physical limits to computation and communication? They describe in detail such remarkable effects as fast quantum algorithms, quantum teleportation, quantum cryptography and quantum error-correction. A wealth of accompanying figures and exercises illustrate and develop the material in more depth. A special feature is the tutorial introductions to quantum mechanics and computer science included in Part I of the book, ensuring that the subject is accessible even without a background in physics or computer science. In Part II, the authors present quantum computation, and describe what a quantum computer is, how it can be used to solve problems faster than familiar 'classical' computers, and the real-world implementation of quantum computers. Part III concludes the book with an in-depth treatment of quantum information, explaining how quantum states can be used to perform remarkable feats of communication, together with a discussion of how it is possible to protect quantum states against the effects of noise.

This exciting text will be of interest to beginning graduate students and researchers in physics, computer science, mathematics, and electrical engineering with an interest in quantum computation and quantum information, and may be

used as a text in courses on the subject.

跨越时空的思想密码:一本关于探索宇宙终极奥秘的书籍介绍 本书并非一本探讨量子计算与量子信息具体理论、算法或实验的著作。相反,它是一次深入人类思想史的旅程,一次对那些驱动我们探索未知、理解宇宙最深层运作机制的根本性问题的追溯与审视。我们将一同漫步在科学、哲学与艺术的交汇点,探寻那些塑造我们认知边界的伟大思想是如何萌芽、演进并最终改变世界面貌的。 第一部分:理性之光——古希腊的智慧火种 我们的旅程始于爱琴海畔,那个孕育了西方文明基石的古老土地。在这里,我们不会聚焦于特定的数学公式或物理定律,而是去理解那些先驱者们如何第一次尝试用纯粹的理性来解释自然现象。我们将探究泰勒斯如何试图从水中寻找万物的本源,赫拉克利特如何洞察“万物皆流”的变动不居,巴门尼德又如何以其坚实的逻辑构建了“存在”的永恒。 我们将深入亚里士多德的体系,不是为了他的物理学或逻辑学细节,而是为了理解他那庞大而精密的思维框架如何为后世的科学研究提供了最初的范式。他的“因果四因说”如何引导人们去追问事物之所以如此的原因?他的“形式”与“质料”的区分,又如何启发了对物质构成与本质的思考?我们将看到,即使是那些后来被科学证伪的观点,其背后所蕴含的探索精神和理性方法,却是如此弥足珍贵。 古希腊的数学家们,如毕达哥拉斯和欧几里得,他们的成就当然是毋庸置疑的。但在这里,我们关注的不是他们的定理本身,而是他们所开创的“证明”的艺术——一种通过严谨的逻辑推理来确立真理的方法。这种对抽象概念的迷恋,对几何图形完美性的追求,以及对数学语言的精确性要求,都为后来的科学发展奠定了不可磨灭的基础。我们将看到,数学的美丽不仅仅在于它的计算能力,更在于它提供了一种认识世界、检验思想的终极工具。 第二部分:炼金术士的梦想与科学革命的曙光 在中世纪漫长的岁月中,人们的目光似乎更多地投向了神学与来世。然而,即使在这看似沉寂的时期,依然有不甘寂寞的探索者在暗中播撒着科学的种子。我们将审视炼金术的神秘世界,不是为了其追求点石成金或长生不老的奇幻目标,而是为了理解那些炼金术士在物质转化过程中所积累的丰富经验和实验技术。他们对物质属性的细致观察,对提炼、蒸馏等过程的反复试验,以及对新物质的不断发现,都在无意中为后来的化学研究铺平了道路。 文艺复兴的巨匠们,达芬奇式的百科全书式天才,他们跨越艺术与科学的界限,以敏锐的观察力和惊人的创造力,为我们留下了无数宝贵的遗产。我们将不仅仅惊叹于他们画作的生动逼真,更要探究他们对人体解剖学的深入研究,对飞行原理的初步设想,以及对机械装置的精妙设计。这些都代表着一种回归自然、回归实践的科学精神的觉醒。 科学革命的到来,标志着人类认知模式的一次巨大飞跃。伽利略,这位“现代科学之父”,他用望远镜观测星辰,以实验而非哲学思辨来验证物理规律。他拒绝盲从权威,强调观察与测量的作用,他以全新的方式提问,并以全新的方法寻找答案。我们将重温他如何通过斜面实验来揭示自由落体运动的奥秘,如何用数学语言来描述运动的规律。 牛顿,这位集大成者,他的万有引力定律和三大运动定律,如同普罗米修斯盗取的火种,彻底点燃了现代科学的熊熊烈火。但我们在这里不会沉溺于他的方程公式,而是去理解他“站在巨人肩膀上”的谦逊,他将地面上的力学原理推广到宇宙天体,这种宏大而统一的视野是如何震撼人心。他所建立的经典物理学体系,在数个世纪里构建了我们对物质世界运行方式的几乎所有认知,其影响力之深远,至今仍在影响着我们。 第三部分:无形之手与意识的边界——现代思想的探索 进入近现代,科学的触角开始伸向更广阔、更抽象的领域。我们不会深入研究量子力学或相对论的数学推导,而是去感受它们所带来的哲学冲击。爱因斯坦的相对论,它颠覆了我们对时间、空间以及引力的传统观念,挑战了绝对主义的哲学基础。我们将思考,当时间不再是绝对的,空间不再是平坦的,我们应该如何理解宇宙的本质? 量子力学的出现,更是将我们带入了微观世界的奇妙与诡异。叠加态、纠缠态,这些概念似乎与我们日常的直觉相悖。但正是这些看似不可思议的现象,揭示了物质世界在最微观层面存在的非确定性与联系的深刻性。我们将思考,这些现象背后是否暗示着一种全新的、与我们宏观世界截然不同的因果律?它们是否触及了我们对“现实”的理解的边界? 与此同时,人类对自身的探索也从未停歇。达尔文的进化论,它将生命置于一个宏大的历史长河中,揭示了物种的演变与适应,深刻地影响了我们对生命起源和人类自身地位的认识。弗洛伊德的精神分析,它打开了人类意识的潘多拉魔盒,让我们窥探到潜意识的巨大力量,以及童年经历对个体性格形成的深远影响。 现代哲学,尤其是在分析哲学和现象学领域,对语言、意义和经验的本质展开了精妙的论述。我们将探讨,我们如何通过语言来理解世界,语言的局限性又如何塑造我们的认知。我们将思考,主观经验的独特性,以及意识的本质,是否是科学能够完全解释的范畴。 第四部分:未来的回声——人类智慧的永恒追问 本书的结尾,并非是对某一特定理论的总结,而是对未来探索方向的展望。我们将思考,当我们面对日益复杂的世界和层出不穷的科学挑战时,人类的智慧将如何继续演进?我们应该如何平衡理性与直觉?如何在海量的信息中保持清醒的头脑? 我们将审视那些仍然悬而未决的宏大问题:宇宙的起源与终结,意识的本质,生命的意义。这些问题或许没有简单的答案,但正是这些追问本身,构成了人类文明进步的内在动力。我们将鼓励读者,以开放的心态,以批判性的思维,以永不熄灭的好奇心,去拥抱那些未知,去探索那些尚未被触及的领域。 总而言之,这本书是一次思想的盛宴,一次对人类探索精神的赞歌。它旨在激发读者对知识的渴望,对真理的追求,以及对我们所处宇宙的深层理解。它不是提供答案的书,而是提出问题,引领思考的书。它邀请你一同踏上这段精彩绝伦的智慧之旅,去感受思想的光芒,去理解那些跨越时空的伟大智慧是如何塑造了我们今日的世界,以及将如何指引我们走向无限的未来。

作者简介

Michael Nielsen is a Postdoctoral Research Fellow at the University of Queensland. He was born in Brisbane, Australia, and received his education at the University of Queensland, obtaining postgraduate degrees in Mathematics and Physics before receiving his Ph.D. in Physics as a Fulbright Scholar at the University of New Mexico. He has held a visiting position at the Los Alamos National Laboratory, and was the Tolman Postdoctoral Fellow at the California Institute of Technology.

Isaac Chuang is with IBM Research, and also serves as a consulting professor at Stanford University. He received his doctorate in Electrical Engineering from Stanford University, where he was a Hertz Foundation Fellow, and also holds degrees in Physics and in Electrical Engineering from MIT. Dr. Chuang is a native of Louisville, Kentucky and enjoys reading, hiking, and playing his violin.

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读后感

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还没看过,不过看过目录了,感觉一般 很多实用的函数都没有。比如shor、grover算法。 可能是我比较偏实用,理论的东西不求甚解。 字数。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。...

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记得一位数学家说类似的话:看一本书是否是好书的评判标准类似于评判探索新世界时手头的地图,给出完整的索引。我第一遍快速的(用了将近一个月时间,内因是没有量子力学这样的现代物理基础;外因是专注力有限,一次只能看一点)浏览(从宏观概念上鸟瞰式的)这本《量子计算和...  

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此书是量子计算和量子信息领域的经典之作,几乎每篇本领域的论文中都会在前面引用此书。本书初版于2000年,由剑桥大学出版社出版。2010年又出了十周年纪念版,但从参考文献来看并无2000年以后的文献,所以和初版并无不同。由于本人是学数学的,个人感觉需要掌握的是第一、二、...  

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还没看过,不过看过目录了,感觉一般 很多实用的函数都没有。比如shor、grover算法。 可能是我比较偏实用,理论的东西不求甚解。 字数。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。...

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这本书是做量子计算量子信息入门书,虽说不是必读,但有时间读一遍还是非常受益的。读完基本上量子计算量子信息基础知识就够了。这本书学数学,物理,计算机的人都能读,里头物理的不多,只有一章是关于物理实现,不懂得完全可以跳过。 不足之处在于它的量子算法,尤其是Grover...  

用户评价

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这本书的附录和参考文献部分,是那些希望进一步深造的读者最宝贵的资源之一。我发现,即便是对于书中某些较为前沿或复杂的概念,作者也总能提供极其精准的外部引用链接,指引读者去追溯最原始的论文或更专业的综述。这体现了作者的学术态度——提供一个坚实的起点,但绝不限制读者的探索深度。此外,书中习题的设计也极具匠心,它们不仅仅是概念的重复检验,很多题目本身就蕴含着小型的理论推导或对现有模型进行微小变体的探索,迫使读者必须亲自动手操作,才能真正掌握那些复杂的数学操作和物理直觉。我很少看到有一本书能将教学的严谨性、研究的前沿性以及自学的指导性如此完美地融合在一起,它像是一份详尽的地图,标记了通往量子信息科学腹地的所有关键路口,每一条路径都值得我们仔细探索和跋涉。

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我不得不提这本书在描述量子信息传输和纠错机制方面的深刻洞见。涉及到纠缠(Entanglement)的概念时,作者的处理方式非常老练,它没有把纠缠仅仅当作一个奇特的物理现象来描述,而是将其确立为量子计算和通信资源的核心。从EPR对的讨论开始,过渡到贝尔不等式的实验验证,最后落脚到量子隐形传态(Teleportation)的协议细节,整个逻辑链条一气呵成,极其流畅。关于量子纠错码的部分,更是体现了作者深厚的专业积累。书中对表面码(Surface Code)以及其他拓扑量子纠错方案的介绍,详尽地阐述了如何通过冗余编码来对抗环境噪声——这是构建容错量子计算机的关键所在。作者清晰地区分了错误模型的假设和实际物理系统中的挑战,使得读者在理解理论保护机制的同时,也能对当前硬件实现的局限性有一个清醒的认识。这种理论与实践的平衡,使得这本书的实用价值远超一般的教科书。

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这本书的封面设计就透着一股深邃感,那种深蓝色调和那些复杂的数学符号交织在一起,让人一眼就能感受到它内容的厚重。我初次翻开时,就被其中对量子力学基本原理的梳理所吸引。作者并非仅仅停留在概念的罗列,而是深入剖析了量子比特(qubit)是如何从理论走向物理实现的细节,特别是对于量子态的表示和演化,讲解得极其详尽和严谨。书中用到的线性代数工具,比如狄拉克符号,从一开始就得到了系统的介绍,这对于没有深厚数学背景的读者来说,无疑是一剂强心针,它帮助我们将抽象的物理图景转化为可操作的数学框架。阅读的过程中,我感觉自己仿佛在跟随一位经验丰富的导师,一步步拆解这个看似神秘的领域。书中对量子门操作的矩阵表示和组合规律的讨论,清晰地展示了如何构建量子电路,这为后续理解复杂的量子算法奠定了坚实的基础。即便只是对前几章的涉猎,也能体会到作者对构建完整知识体系的用心良苦,每一个概念的引入都深思熟虑,力求在严谨性和可读性之间找到一个绝佳的平衡点。

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对于一个对计算复杂性理论略有了解的读者来说,本书在量子计算复杂性类别的划分上,提供了极具启发性的视角。书中对BQP(Bounded-error Quantum Polynomial time)复杂度的定义和它与经典复杂性类(如P、NP)的关系探讨,为我们理解量子计算的真正优势边界提供了清晰的框架。作者并没有给出简单的“量子计算万能论”的结论,反而非常审慎地分析了哪些问题有望在量子计算机上加速,以及哪些问题可能仍然是“硬骨头”。特别是讨论到量子电路模型的局限性,以及与绝热量子计算(Adiabatic Quantum Computation)等其他模型的对比时,观点非常新颖且富有批判性。这种不偏不倚、全面覆盖的叙事风格,让人在阅读过程中不断地进行自我反思和知识的结构重组,避免了陷入单一理论模型的教条化理解,极大地拓宽了对“计算”这一概念的认知边界。

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这本书的真正魅力在于它对具体量子算法的剖析,简直是一部“算法宝典”。我花了大量时间啃读Shor算法和Grover算法的那几章,感受到了作者对逻辑推导的精妙把控。Shor算法的部分,从模幂运算的量子实现,到量子傅里叶变换(QFT)的魔力,作者没有放过任何一个中间步骤,特别是QFT部分,那种通过相位估计实现周期分解的“顿悟感”,在作者细致的笔触下被极大地增强了。阅读Grover算法时,我尤其欣赏它对“振幅放大”过程的几何化解释,将多次迭代操作可视化为在特定子空间中的旋转,这种直观的理解远胜于单纯的代数推导。书中对这些里程碑式算法的阐述,不仅停留在“是什么”,更深入到“为什么如此设计”的层面,揭示了量子并行性的内在潜力。对于任何希望从理论爱好者转变为实际研究者的人来说,这几章是绕不开的硬骨头,但也是收获最大的部分,它教会我们如何用量子思维去设计解决经典难题的有效方案。

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好书是好书,但是我真的不习惯这种先搭骨架再填充内容的讲解方式啊

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英文版好太多了

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好书是好书,但是我真的不习惯这种先搭骨架再填充内容的讲解方式啊

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应该是目前最好的入门教材

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