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出版者:人民卫生

作者:

出品人:

页数:256

译者:

出版时间:2003-1

价格:17.00元

装帧:

isbn号码:9787117051965

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• 电工技术
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《量子计算的黎明：探索次原子世界的革命性力量》 内容简介 在人类探索未知领域的漫漫长河中，总有一些理论的闪光点，预示着一场颠覆性的变革。量子计算，正是这样一种蕴藏着无限可能的新兴技术，它并非基于经典物理学所理解的比特（0或1）进行运算，而是深入挖掘了物质最微小的组成部分——量子——的奇特属性，如叠加态和纠缠态，以此构建出全新的计算模式。本书《量子计算的黎明：探索次原子世界的革命性力量》旨在为读者揭开量子计算的神秘面纱，深入浅出地阐释其背后的基本原理，展望其在未来可能带来的革命性影响，并探讨当前的研究现状与面临的挑战。 第一章：拨开迷雾——量子力学的基石 要理解量子计算，首先必须建立起对量子力学的基本认知。本章将带领读者穿越宏观世界的直观感受，进入微观粒子的奇妙领域。我们将从“量子”这一概念的起源讲起，回顾普朗克在解释黑体辐射问题时提出的能量量子化假说，以及爱因斯坦对光电效应的解释，确立了光子的存在。 接下来，我们将深入探讨量子力学中最令人费解却又至关重要的概念——叠加态（Superposition）。不同于经典比特只能处于0或1的确定状态，量子比特（qubit）可以同时处于0和1的任意组合之中。想象一下，一个硬币在落地前，既不是正面也不是反面，而是同时包含了这两种可能性，这就是叠加态的形象类比。我们将通过数学工具，如狄拉克符号（Bra-ket notation），来精确描述叠加态的概率幅，并解释其如何为量子计算提供指数级的并行处理能力。 随后，我们将聚焦另一项“非经典”的量子现象——量子纠缠（Entanglement）。当两个或多个量子比特发生纠缠时，它们的状态会紧密关联，无论它们相距多远。测量其中一个纠缠粒子的状态，会瞬间影响到其他纠缠粒子的状态，这种“幽灵般的超距作用”爱因斯坦曾对此表示疑虑。本章将通过贝尔不等式的实验验证，展示量子纠缠的非定域性，并说明纠缠如何成为实现复杂量子算法的关键资源，它使得量子计算机能够协同处理信息，实现超越经典计算机的协同效应。 此外，我们还会简要介绍量子力学中的其他重要概念，如量子隧穿效应、不确定性原理，以及它们在量子现象中所扮演的角色。理解这些基础概念，是掌握后续量子计算原理和应用的关键。 第二章：量子计算机的蓝图——硬件与算法的创新 本章将从理论走向实践，探讨构建量子计算机的硬件基础以及实现强大计算能力的算法设计。 在硬件层面，我们将审视当前实现量子比特的几种主流技术路线。首先是超导量子比特，它们利用约瑟夫森结等超导器件，在极低温环境下维持量子态。我们将介绍其工作原理、优势（如易于集成和可扩展性）以及挑战（如对环境噪声的高度敏感）。 其次是离子阱量子计算，这种技术通过电磁场将离子囚禁起来，并利用激光脉冲来操控和测量离子的量子态。我们将分析其高保真度、长相相干时间和可扩展性的优点，以及面临的工程难题。 此外，我们还将探讨半导体量子点、拓扑量子计算等其他有前景的研究方向，分析它们各自的优劣势以及未来发展的潜力。本书将强调，量子计算机的实现是一个多学科交叉的复杂工程，需要物理学、材料科学、工程学等领域的深度合作。 在算法层面，量子计算机之所以强大，很大程度上源于其独特的算法设计。本章将详细介绍几种标志性的量子算法： Shor算法：由Peter Shor在1994年提出，该算法能够在多项式时间内分解大整数，对现有的RSA等公钥加密体系构成严重威胁。我们将解释其核心思想，即利用量子傅里叶变换来实现高效的大数分解。 Grover算法：由Lov Grover提出，它能够以平方根的复杂度搜索非结构化数据库，显著优于经典搜索算法。我们将剖析其量子搜索的机制，以及它在信息检索等领域的潜在应用。 变分量子算法（VQA）：作为近期量子计算研究的热点，VQA结合了量子计算机和经典计算机的优势，适用于解决优化问题、量子模拟等。我们将介绍其工作原理，即利用参数化的量子线路和经典优化器进行迭代求解。 我们还将简要提及其他重要的量子算法，如HHL算法（线性方程组求解）等，展示量子算法的普适性和强大潜力。 第三章：超越想象——量子计算的应用前景 量子计算并非仅仅是理论上的奇观，它有望在诸多领域带来革命性的突破，深刻改变我们的生活和科技发展。本章将深入探讨量子计算的潜在应用领域： 药物发现与材料设计：模拟分子结构和化学反应一直是科学界的一大挑战。量子计算机能够精确模拟量子体系的性质，从而加速新药物的研发，设计出具有特定性能的新材料，如高效催化剂、高性能电池材料等。这将极大地推动医药、能源、环保等行业的发展。 金融建模与优化：在金融领域，复杂的风险评估、投资组合优化、欺诈检测等问题，往往需要处理海量数据和高维度变量。量子算法，特别是Grover算法和QAOA（用于优化问题），有望在这些领域提供更高效的解决方案，实现更精准的金融预测和更优化的资产配置。 人工智能与机器学习：量子计算可以极大地加速机器学习算法的训练过程，例如用于优化神经网络参数，或者通过量子态的叠加和纠缠特性，构建更强大的量子机器学习模型。这将为人工智能的进步注入新的动力。 密码学与信息安全：Shor算法的出现，意味着现有的大多数公钥加密体系将面临被破解的风险。因此，量子计算也催生了后量子密码学的研究，即开发能够抵御量子计算机攻击的新型加密算法。同时，量子通信技术（如量子密钥分发）则提供了绝对安全的通信方式。 科学研究的利器：量子计算机将成为探索基础科学的强大工具，例如在粒子物理学中模拟高能粒子碰撞，在宇宙学中模拟宇宙演化，在凝聚态物理中研究复杂材料的量子相变等。 本章将通过具体的案例和前沿研究进展，生动地展示量子计算在这些领域带来的颠覆性力量。 第四章：前路漫漫——挑战与展望 尽管量子计算的前景令人振luoromethyl，但其发展并非一帆风顺。本章将坦诚地分析当前量子计算领域面临的主要挑战，并对未来发展趋势进行展望。 量子比特的相干性与退相干：量子比特非常脆弱，极易受到环境噪声的干扰，导致量子态丢失（退相干）。维持量子比特的相干性是构建稳定量子计算机的关键难题，需要克服极低温、电磁屏蔽等技术障碍。 量子比特的扩展性：要实现通用量子计算，需要成千上万甚至数百万个高质量的量子比特。目前，量子计算机的规模仍然较小，如何高效地集成和控制大量量子比特，是亟待解决的工程难题。 量子纠错：由于量子态的脆弱性，量子计算过程中不可避免地会出现错误。量子纠错码（Quantum Error Correction）是实现容错量子计算的关键技术，它能够通过引入冗余信息来检测和纠正错误。然而，实现高效的量子纠错需要大量的物理量子比特来编码一个逻辑量子比特，这将进一步增加硬件的复杂性。 量子算法的开发与实现：虽然一些重要的量子算法已经提出，但如何将这些算法有效地映射到具体的量子硬件上，并开发出更多适用于实际问题的量子算法，仍然是研究的重要方向。 人才培养与生态建设：量子计算是一门高度交叉的学科，需要跨领域的专业人才。人才培养和构建一个健康、活跃的量子计算生态系统，是推动该领域持续发展的重要保障。 尽管面临诸多挑战，但全球范围内的科研投入和技术进步正在加速。本书将在结尾部分，对量子计算的未来发展进行审慎的展望，预测其可能实现的阶段性目标，并强调持续的研究与合作对于解锁量子计算全部潜力至关重要。 《量子计算的黎明：探索次原子世界的革命性力量》将带领读者踏上一段激动人心的科学探索之旅，理解量子计算这一前沿科技的精髓，激发对未来无限可能的想象，并为理解这个正在发生的科技革命提供一个坚实的基础。

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这本书的排版和纸质质量令人印象深刻。在这个信息爆炸的时代，很多技术书籍为了节省成本，印刷质量实在不敢恭维，但《电工与电子技术》的装帧相当考究。纸张厚实，印刷清晰，即便是那些复杂的电路图和波形图，线条也锐利分明，久看不伤眼。这一点对于需要反复查阅和对照的读者来说，简直是福音。再者，本书的索引做得非常人性化，查找特定元件符号或术语时，能迅速定位，大大提高了学习效率。我发现，作者在全书的行文中，对于那些容易混淆的概念，比如电感和电容的相位关系，都会特别用不同的字体或者加粗来强调，这种细微的处理，体现了作者对读者学习体验的深切关怀。总的来说，这是一本从内到外都透着一股匠人精神的书籍，值得反复收藏和翻阅。

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说实话，我更看重的是这本书的实用性，这本书在这方面做得非常出色。它不仅仅是理论的堆砌，而是充满了“干货”。我尤其欣赏作者在讲解安全规范和焊接技巧的部分。关于安全操作的章节，写得非常严肃且详细，强调了用电安全的重要性，这对于初学者来说至关重要。至于焊接部分，从工具的选择到不同类型焊点的处理，都有图文并茂的指导，我按照书上的步骤试着操作了几次，效果比我之前自己摸索好太多了。书的最后几章还附带了一些非常实用的测量技能训练，教你如何使用万用表进行准确的电压、电流和电阻测量，以及如何使用示波器观察波形。这些技能是任何一个想在电子领域有所建树的人都必须掌握的，这本书把它讲得细致入微，让我感觉自己真的拥有了一位手把手的导师。

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我接触过不少同类教材，但这本书在逻辑构建上的巧妙安排，是让我最终决定推荐它的关键。作者似乎深谙“授人以鱼不如授人以渔”的道理。在介绍完各种元器件的特性后，他并没有马上给出复杂的应用电路，而是先引导读者去思考“为什么”需要这样的元件，它在电路中扮演了什么角色。这种从需求出发的反向推导，极大地培养了读者的设计思维。比如，在讲解放大电路时，他先展示了一个信号失真的问题，然后引出负反馈的概念来解决这个问题，整个过程非常流畅，让人完全理解了理论存在的必要性。这本书的知识体系搭建得非常坚固，它不仅仅是让你知道“是什么”，更重要的是让你明白“为什么会这样”，以及“如何运用”。这种深层次的理解，远比死记硬背公式要宝贵得多，它真正地提升了一个学习者分析和解决问题的能力。

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这本书的封面设计就挺吸引人的，那种深沉的蓝色配上一些电路图的线条，感觉非常专业。我本来以为这会是一本枯燥的教科书，没想到读起来还挺有意思的。作者的叙述方式很平实，就像一个经验丰富的老电工在跟你手把手地讲解，不会用太多晦涩难懂的术语。比如讲到基础的欧姆定律时，他会用生活中的水流和压力的比喻来解释，一下子就清晰明了了。我特别喜欢他加入的一些实际案例分析，比如某个电器元件为什么会烧坏，通过图纸和故障分析，能让你对电路的工作原理有一个更直观的理解。书里插图很多，而且都很精细，光是看那些元器件的实物照片和电路符号图，就能学到不少东西。对于我们这些想入门或者想巩固基础的人来说，这本书提供了非常扎实的理论基础和实操指导，读完之后，感觉自己对家里的电路布局和简单的电器维修都有了底气。

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这本书的深度和广度都超出了我的预期。我原本以为它会停留在基础的直流电路和交流电路层面，但实际上它深入探讨了半导体器件的应用，包括晶体管和集成电路的工作原理。作者在讲解MOSFET的开关特性时，用了一个非常精妙的类比，把它比作一个可以精确控制水流量的电子阀门，这让我立刻抓住了核心概念。更让我惊喜的是，书中还涉及了一些现代电子技术的前沿内容，比如简单的数字逻辑电路设计和基础的微控制器应用。虽然这部分内容没有深挖到编程层面，但它为我们打开了一扇了解现代电子设备内部运作的大门。书的编排逻辑也很清晰，知识点层层递进，不会让你感到突兀。比如，讲完基础的电阻电容后，马上就过渡到它们在滤波器和振荡电路中的应用，这种衔接非常自然，读起来酣畅淋漓，让人有种不断探索下去的冲动。

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