Advances in Microwave And Radio Frequency Processing pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Willert-Porada, Monika/ International Conference on Microwave An

出品人:

页数:791

译者:

出版时间:

价格:259

装帧:HRD

isbn号码:9783540432524

丛书系列:

图书标签:

• 微波技术
• 射频技术
• 微波处理
• 射频处理
• 电路设计
• 信号处理
• 电子工程
• 通信工程
• 电磁场与微波
• 无线通信

好的，这是一本关于量子计算与信息科学进展的图书简介，旨在探讨该领域的前沿研究、核心理论以及未来发展方向。 --- 量子计算与信息科学进展：理论、架构与应用前沿 书籍主题： 本书汇集了量子计算、量子信息处理、量子密码学以及量子材料等交叉学科的最新研究成果与深度分析，为读者提供一个全面、前瞻性的视角，以理解和把握当前量子科技的革命性进展。 目标读者： 物理学、计算机科学、电子工程、材料科学领域的科研人员、博士后研究人员、高年级本科生及研究生，以及对未来计算范式抱有浓厚兴趣的专业人士。 内容概述： 在过去的几十年里，经典计算的摩尔定律已趋于极限，促使科学界将目光投向了微观世界的奇特规律——量子力学。量子计算不再是科幻小说的情节，而是正在迅速转化为可实际部署的技术。《量子计算与信息科学进展》正是在这一关键的历史转折点上，系统梳理了支撑这一革命的理论基石、硬件实现挑战，以及新兴的应用场景。 本书共分为六个主要部分，结构严谨，层层递进，旨在构建一个从基础理论到尖端应用的完整知识体系。 第一部分：量子信息理论的深层结构 本部分专注于构建理解量子计算的数学和物理基础。它不仅仅停留在量子比特（Qubit）的概念介绍，而是深入探讨了量子纠缠的度量、量子保真度的极限分析，以及信息如何在量子态之间高效传输和存储。 核心章节聚焦： 1. 高维量子态与张量网络方法： 探讨了超越标准两能级系统的多体量子态描述，特别是张量网络（Tensor Networks）——如矩阵乘积态（MPS）和投影纠缠对态（PEPS）——在描述复杂关联结构中的优越性及其在模拟量子材料中的应用。 2. 量子信息论的非局域性与通信复杂性： 深入剖析了贝尔不等式、CHSH不等式背后的物理意义，以及量子资源（如纠缠）如何在信息论问题中提供超越经典极限的优势。重点分析了量子隐形传态（Teleportation）和超级密集编码（Superdense Coding）的理论极限。 3. 量子误差修正码的最新进展： 介绍了表面码（Surface Codes）、拓扑码（Topological Codes）等在容错量子计算（FTQC）中的关键作用。详细讨论了逻辑量子比特的制备、错误检测的阈值分析，以及如何通过优化的编解码算法来降低实际操作中的错误率。 第二部分：硬件实现：架构与可扩展性挑战 量子计算的瓶颈往往在于如何将理论上的美妙蓝图转化为可操作的物理系统。本部分详尽考察了当前主流的物理实现平台，分析了各自的优势、固有缺陷及可扩展性的路线图。 平台深度剖析： 1. 超导电路量子计算（Superconducting Qubits）： 详细介绍了Transmon、Fluxonium等主流设计，重点分析了其退相干时间的优化、微波脉冲控制的精细调谐技术，以及实现多量子比特互联（Coupling）的网络设计。讨论了大规模阵列的布线和低温制冷（Cryogenic）环境对系统性能的制约。 2. 囚禁离子系统（Trapped Ions）： 阐述了如何利用激光冷却和电磁场精确控制单个离子状态，以及离子阱（Ion Trap）在实现高保真度两比特门操作方面的独特优势。探讨了模块化架构（Modular Architecture）如何通过光子互联实现更大规模的计算集群。 3. 中性原子与光子系统： 关注基于里德伯格态（Rydberg States）的中性原子阵列，其在快速可重构性和高密度集成方面的潜力。同时，对线性光学量子计算（LOQC）的前沿进展，特别是大规模量子点光源和单光子探测器的效率提升进行了详尽描述。 4. 半导体量子点与硅基自旋量子比特： 考察了利用现有半导体制造工艺实现量子计算的可能性，重点分析了硅基量子比特在长相干时间和集成化方面的突破，以及如何通过电学控制实现高效率操作。 第三部分：量子算法与复杂性理论的突破 本部分超越了著名的Shor和Grover算法，聚焦于当前正在积极研究中的、适用于当前“含噪中等规模量子”（NISQ）设备的算法，以及对未来通用量子计算机潜力的理论探索。 算法创新与分析： 1. 变分量子本征求解器（VQE）与量子近似优化算法（QAOA）： 详细阐述了VQE在分子结构计算和材料模拟中的应用框架，包括ANSATZ（波函数形变）的设计策略和参数优化技术。QAOA则被用于解决组合优化问题（如最大割问题）的近似求解性能分析。 2. 量子机器学习（QML）： 探讨了量子特征映射（Quantum Feature Maps）如何可能在高维空间中捕捉数据间的复杂相关性，并介绍了量子神经网络（QNN）的构建、训练方法及针对特定数据集（如图像识别、分类）的初步实验结果。 3. 量子计算复杂性分类： 重新审视了BQP类（有界误差量子多项式时间）与经典复杂度类（P, NP）之间的关系，探讨了潜在的“量子优越性”（Quantum Supremacy）的严格定义与实验验证标准。 第四部分：量子模拟与材料科学前沿 量子模拟器被视为在通用量子计算机到来之前，解决特定复杂物理问题的最有效途径。本部分聚焦于如何利用可控的量子系统来揭示不可直接观测的物理现象。 应用聚焦： 1. 强关联电子系统模拟： 利用量子平台（如冷原子或超导阵列）模拟Hubbard模型、Heisenberg模型等，以理解高温超导、磁性转变等难题。分析了如何精确映射哈密顿量和测量期望值。 2. 非平衡态动力学研究： 探讨了量子模拟在理解材料对脉冲激光响应、热力学过程以及量子相变速度等动力学特性方面的独特优势。 3. 量子化学计算的精度提升： 讨论了如何通过优化量子相估计算法（QPE）的资源需求，实现对复杂分子（如氮固氮酶活性中心）基态能量的更高精度计算。 第五部分：量子密码学与安全通信 量子技术对现有公钥加密体系构成了根本性威胁，同时也提供了更高级别的安全保障。本部分详细介绍了后量子密码学（PQC）的现状与量子密钥分发（QKD）的实用化进展。 安全与隐私： 1. 格子基密码学（Lattice-based Cryptography）： 深入分析了基于最短向量问题（SVP）和最近向量问题（CVP）的公钥加密方案（如Kyber, Dilithium），并评估了它们在抗量子攻击方面的稳健性。 2. 量子密钥分发（QKD）的实际部署： 总结了BB84、E91等协议的现场实验进展，特别是自由空间QKD（远距离传输）和卫星QKD的最新成果。讨论了侧信道攻击（Side-Channel Attacks）的防御策略。 第六部分：走向量子工程化：标准、软件栈与未来展望 本书的最后一部分关注将研究成果转化为工程现实所需的工具链和未来方向。 工程化路径： 1. 量子编程语言与软件生态： 评估了Qiskit, Cirq, PennyLane等主流软件开发工具包的演进，并讨论了编译优化、量子汇编语言设计以及云端量子资源的接入标准。 2. 可验证性与基准测试： 探讨了如何建立统一的性能指标（如Quantum Volume的局限性），对不同硬件平台进行公平、可重复的基准测试方法。 3. 跨学科人才培养与未来十年路线图： 总结了实现通用、容错量子计算所需的关键技术突破点，并展望了量子传感、量子网络等下一代技术的发展潜力。 本书特点： 深度与广度并重： 涵盖了从基础理论到前沿工程应用的完整链条。 前沿性： 大量吸收了近三年内顶级会议和期刊的最新成果，确保内容的时效性。 严谨的数学表述： 所有核心概念均辅以严格的数学推导和物理论证。 《量子计算与信息科学进展》不仅是一本教科书，更是一份指引未来研究方向的蓝图，旨在激发下一代科学家在这一颠覆性技术领域中取得突破。

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