Quantum Computing Explained pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:McMahon, David

出品人:

页数:332

译者:

出版时间:2007-12

价格:723.00元

装帧:

isbn号码:9780470096994

丛书系列:

图书标签:

• 量子计算
• 量子信息
• 量子力学
• 计算科学
• 计算机科学
• 物理学
• 新兴技术
• 科普
• 技术
• 未来科技

好的，为您奉上一个名为《量子计算原理与应用》的图书简介，内容详实，不涉及您提到的《Quantum Computing Explained》一书的任何信息。 --- 《量子计算原理与应用：从基础理论到前沿实践》 图书简介 在信息技术飞速发展的今天，经典计算的摩尔定律正逐渐逼近物理极限。面对模拟复杂分子结构、优化超大规模系统以及破解现有加密体系等前沿挑战，一种全新的计算范式——量子计算，正以其颠覆性的潜力，引领着下一代信息革命的浪潮。 《量子计算原理与应用：从基础理论到前沿实践》是一部全面、深入且结构严谨的著作，旨在为读者构建一个从量子力学基础到前沿量子算法及硬件实现的完整知识体系。本书不仅面向对量子信息科学感兴趣的物理学、计算机科学及工程学领域的学生、研究人员和工程师，也为希望理解未来计算核心技术的行业决策者提供了清晰的路线图。 本书的叙述力求严谨而不失清晰，平衡了理论的深度与实践的可操作性，避免了过度抽象的数学推导，同时确保了核心概念的精确传达。 --- 第一部分：量子计算的基石——从经典到量子的跃迁 (The Foundations: From Classical to Quantum) 本部分致力于为读者打下坚实的理论基础，解释为何需要量子计算，以及支撑它的基本物理学原理。 第一章：经典计算的瓶颈与信息论的演进 本章回顾了图灵机模型、冯·诺依曼架构的局限性，并探讨了信息熵、计算复杂性理论（P, NP, BPP等）的基本概念。重点分析了在模拟自然界中的某些高度相互作用的系统时，经典计算机面临的指数级资源需求问题。 第二章：量子力学的核心概念重述 深入探讨了理解量子计算所需的关键物理概念，包括：叠加态（Superposition）、量子纠缠（Entanglement）、测量（Measurement）及其对波函数的影响。详细介绍了狄拉克符号（Bra-ket notation）的规范用法，以及如何使用希尔伯特空间描述量子态。本章强调了概率幅（Probability Amplitudes）与经典概率的区别，为后续的量子门操作奠定理解基础。 第三章：量子比特（Qubit）：信息的基本单元 详细阐述了量子比特的概念，如何通过泡利矩阵（Pauli Matrices）和布洛赫球（Bloch Sphere）形象化单量子比特的状态。对比经典比特的确定性与量子比特的概率性，并引入了量子态的张量积运算，为多比特系统做准备。 第四章：量子门与电路模型 系统介绍了构成量子线路的基本元素——单比特门（如Hadamard门、相移门）和多比特门（如CNOT、SWAP门）。重点分析了通用量子门集的概念，证明了少量基本门足以实现任意酉变换。本章还引入了量子电路图的绘制规范和基本操作流程。 --- 第二部分：核心算法与信息处理范式 (Core Algorithms and Information Processing Paradigms) 本部分聚焦于量子计算的“杀手级应用”——那些在理论上展示出超越经典计算优势的著名算法，并深入剖析其实现机理。 第五章：量子傅里叶变换（QFT）及其重要性 详细讲解了离散傅里叶变换（DFT）的定义，并推导出量子傅里叶变换（QFT）的量子电路实现。重点阐述了QFT如何通过指数级的加速实现，并预示了Shor算法的核心加速机制。 第六章：Shor算法：对RSA加密的威胁 全面解析Shor算法的结构，包括如何将大数分解问题转化为周期寻找问题。通过对QFT的应用进行细致的分解，展示其在多项式时间内完成因式分解的原理，并讨论了该算法对现有公钥加密体系的深远影响。 第七章：Grover搜索算法：二次加速的奥秘 系统介绍了Grover算法，这是解决无结构数据库搜索问题的经典范例。本章详细解释了“振幅放大”（Amplitude Amplification）技术的核心思想，对比了经典搜索的线性时间复杂度与Grover算法的平方根加速，并探讨了其在优化问题中的潜在应用。 第八章：量子模拟（Quantum Simulation） 探讨了量子计算在模拟量子系统方面的天然优势。本章介绍利用Trotter-Suzuki分解法将时间演化分解为一系列可执行的量子门操作，以模拟哈密顿量（Hamiltonian）的演化，这对于材料科学和药物发现至关重要。 --- 第三部分：新兴的量子计算范式 (Emerging Quantum Computing Paradigms) 本部分将目光投向非门模型的量子计算方法，以及更具前瞻性的计算框架。 第九章：变分量子本征求解器（VQE） 作为当前嘈杂中型量子（NISQ）时代最活跃的算法之一，VQE被深入剖析。本章详细介绍了其混合量子-经典优化循环的结构，包括如何构建ansatz（试探波函数）和经典优化器（如COBYLA、SPSA）的选择，重点讨论其在分子能量计算中的实际部署。 第十章：量子退火与绝热量子计算 对比了基于电路模型的通用量子计算，详细介绍了量子退火（Quantum Annealing）的工作原理，特别是它如何利用绝热定理来寻找优化问题的全局最小值。本章讨论了退火过程中的退相干问题以及专用量子退火机（如D-Wave系统）的架构特点。 第十一章：量子纠错码（QEC）导论 鉴于硬件噪声的不可避免性，本章引入了量子信息保护的必要性。系统介绍基本的纠错概念，包括阈值定理（Threshold Theorem），并详细阐述了Shor码、表面码（Surface Codes）等关键的拓扑编码方案，解释它们如何通过冗余编码和测量反馈来抑制错误。 --- 第四部分：硬件实现与未来展望 (Hardware Implementations and Future Outlook) 本部分从理论走向工程实践，探讨了当前主流的量子硬件平台的技术挑战和发展方向。 第十二章：超导量子比特技术 聚焦于当前最主流的硬件实现路径——基于超导电路（如Transmon Qubits）。详细解释了约瑟夫森结（Josephson Junctions）的工作原理，以及如何通过微波脉冲精确操控量子态。同时，讨论了读出电路、微波串扰以及大规模集成所面临的工程难题（如极低温环境要求）。 第十三章：其他前沿物理平台 对多种新兴的、具有潜力的量子比特平台进行了横向对比，包括： 离子阱（Trapped Ions）： 利用激光冷却和电磁场囚禁单个离子，实现极高的相干时间和门保真度。 光子量子计算： 探讨基于压缩态光和线性光学元件（如分束器）的计算模型，强调其在室温操作和远距离传输方面的优势。 半导体量子点与拓扑量子比特： 简要介绍这些旨在兼容现有半导体工艺和抵抗环境噪声的前沿研究方向。 第十四章：量子计算的生态系统与路线图 本章将视角提升到整个行业的层面。讨论了量子软件栈的演进，包括量子汇编语言、编译器和高层编程框架（如Qiskit, Cirq）。最后，对量子霸权（Quantum Supremacy）的里程碑进行了客观评估，并展望了从NISQ时代迈向容错通用量子计算（FTQC）所需的关键技术突破和未来应用领域，如金融建模、人工智能加速和材料设计的新范式。 --- 结语 《量子计算原理与应用》旨在成为一本兼具深度和广度的参考书，引导读者不仅理解量子计算的“是什么”，更深入理解其“为什么”和“如何做”。本书为读者提供了必要的理论武装和前沿视野，为投身于这一激动人心的科技前沿做好准备。

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