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出版者:人民军医出版社

作者:

出品人:

页数:213

译者:

出版时间:1996-12

价格:28.00

装帧:平装

isbn号码:9787800206870

丛书系列:

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《跨越藩篱：现代量子计算的原理与应用》 导言：开启信息时代的新篇章 自二十世纪中叶电子计算机诞生以来，信息处理的速度和能力便以惊人的速度向前飞跃。然而，随着摩尔定律的瓶颈日益显现，传统计算范式已逐渐触及物理极限。在这一背景下，量子计算以前所未有的计算潜力横空出世，它不再局限于经典比特的“0”或“1”的确定性状态，而是拥抱了量子力学的奇特特性——叠加态和量子纠缠，预示着一场深刻的技术革命。 本书《跨越藩篱：现代量子计算的原理与应用》旨在为有志于深入理解这一前沿科技领域的读者，提供一个全面、严谨且易于掌握的知识框架。我们力求突破晦涩的数学门槛，将量子信息科学的核心概念，以清晰、有条理的方式呈现给物理学、计算机科学、工程学乃至数学背景的读者。 第一部分：量子力学基础与信息论的融合 本部分是构建量子计算理解的基石，重点在于回顾和重塑读者对物理学基本原理的认知，并将其与信息论的视角相结合。 第一章：从经典到量子的范式转变 首先，我们将回顾经典信息论（如香农信息论）的局限性，并引入量子力学的基本公设。核心内容包括： 复数向量空间与希尔伯特空间： 详细阐述了量子态所处的数学环境，引入狄拉克符号（Bra-Ket Notation）作为描述量子态的标准化语言。 量子态的描述： 深入探讨单量子比特（Qubit）的概念，区分纯态与混合态，并引入密度算符来描述真实世界中可能存在的退相干系统。 演化与测量： 讲解量子态的时间演化（薛定谔方程）以及量子测量的不可逆性、概率性本质，特别是“波函数坍缩”的物理图像及其对信息提取的限制。 第二章：量子并行性与纠缠的魔力 本章聚焦于量子计算的核心资源——叠加态和纠缠态的计算优势来源。 叠加态与并行计算的潜力： 解释$N$个量子比特可以同时存储$2^N$个经典状态的指数级信息容量，并初步引入量子门操作的酉矩阵特性。 贝尔态与量子纠缠： 深入剖析量子纠缠的非定域性，通过构建和分析贝尔态，揭示纠缠态作为一种独特的、不可克隆的量子资源，在加速计算中的关键作用。我们将探讨纠缠的度量，如纠缠熵。 量子信息学的基本度量： 讨论量子信息处理中的关键指标，如保真度、量子相干性和退相干时间，这些是衡量实际量子硬件性能的直接依据。 第二部分：量子计算的核心算法与实现 掌握了理论基础后，本部分将转向量子计算中最具影响力的算法及其硬件基础。 第三章：量子逻辑门与电路模型 我们将系统梳理构建量子算法所需的基本操作单元。 基本量子门集： 详细介绍单比特门（如泡利门$X, Y, Z$、Hadamard门$H$）和多比特门（如CNOT门、Toffoli门）。重点分析Hadamard门如何产生叠加态，以及CNOT门如何实现量子纠缠。 通用量子门集： 证明任意酉操作都可以通过有限的、特定的量子门组合来近似实现，通常选用H、CNOT以及某个三维旋转门构成的集合。 量子电路的构建与分析： 通过实例，如Deutsch-Jozsa算法的电路实现，演示如何将抽象的数学操作转化为具体的量子线路图，并分析其时间复杂度和量子资源消耗。 第四章：里程碑式的量子算法 本章深入剖析奠定量子计算地位的两大核心算法，并探讨其实际意义。 Shor算法： 详尽解析其核心部件——量子傅里叶变换（QFT）的原理，并展示QFT如何应用于周期寻找问题，从而实现对大数因子分解的指数级加速。同时，讨论其对现代公钥加密体系（如RSA）的颠覆性影响。 Grover算法： 阐述其如何在无序数据库搜索中提供平方根级别的加速。我们将通过几何解释（振幅放大技术），直观理解算法如何逐步增强目标解的概率振幅，直至测量成功。 第五章：近期与前沿的量子计算应用 除了经典算法的加速，量子计算在模拟和优化问题上展现出独特的优势。 量子模拟（Quantum Simulation）： 探讨如何利用量子计算机模拟复杂的物理系统（如分子轨道计算、高能物理过程），这对于材料科学和药物研发具有革命性意义。重点介绍变分量子本征求解器（VQE）作为NISQ时代的重要工具。 量子机器学习（QML）： 介绍量子特征空间、量子核方法以及量子神经网络的初步概念，讨论它们在处理高维数据和模式识别方面的潜在优势。 第三部分：从理论到工程的挑战 本部分将视角转向实际的物理实现，探讨当前量子硬件面临的工程难题和未来的发展方向。 第六章：量子硬件的物理实现路径 量子计算机的物理载体多种多样，本书对主流技术路线进行比较分析。 超导电路（Transmon Qubits）： 阐述基于约瑟夫森结的超导比特的工作原理，分析其高集成度的潜力与低温操作的限制。 离子阱（Trapped Ions）： 探讨如何利用电磁场囚禁单个离子，并使用激光精确操控其电子能级作为量子比特，分析其高相干时间和高保真操作的优势。 其他新兴技术： 简要介绍拓扑量子计算、光量子计算（基于线性光学）和中性原子阵列等正在迅速发展的替代方案。 第七章：噪声、错误与容错机制 量子系统的脆弱性是实现大规模、通用量子计算的最大障碍。 退相干与错误源： 系统分析了由环境扰动引起的退相干、门操作的非理想性、以及量子比特的弛豫和去相位错误。 量子错误修正码（QECC）： 引入逻辑比特的概念，详细介绍如表面码（Surface Code）等关键的容错方案，解释如何通过冗余编码来检测和纠正错误，从而实现容错量子计算（FTQC）的宏伟目标。 结论：通往量子霸权的路径 总结全书内容，展望量子计算在未来十年内可能达成的里程碑，并探讨其对基础科学、人工智能和金融工程等领域的深远影响。本书强调，量子计算是一项跨学科的巨大工程，需要理论突破、工程创新与数学工具的协同发展。 附录： 量子计算常用数学工具回顾（线性代数、群论基础）。

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这本书的参考文献和拓展阅读材料的质量高得惊人，这体现了作者严谨的学术态度和对内容时效性的不懈追求。每一章的末尾，都不是敷衍地列出几本书名，而是精选了近年来发表在顶级期刊上的关键性研究论文摘要或链接，这些资料为有志于深入研究的读者提供了清晰的路线图。我尝试着根据推荐的论文去查阅了原文，发现作者对这些前沿信息的选择非常精准，它们确实是对本章核心内容最直接、最有力的补充和印证。这种对最新科研成果的及时纳入，保证了本书内容的前沿性和权威性，避免了许多经典教材因内容更新滞后而产生的知识贬值问题。这使得这本书不仅仅是一份学习指南，更像是一个不断自我迭代、与时俱进的知识平台，确保读者所学到的知识始终站在医学科学的最前沿。

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这本书的作者在对现代医学的复杂性进行梳理时，展现出了惊人的洞察力。他们不仅仅是在罗列事实，而是在构建一个宏大的知识体系，将基础科学的原理与临床实践的脉络紧密地编织在一起。阅读过程中，我仿佛置身于一个由分子、细胞、组织到器官系统层层递进的迷宫中，每一步都有清晰的逻辑指引，避免了传统教材中那种支离破碎的感觉。尤其是对生理病理过程的描述，那种层层剥开、深入骨髓的讲解方式，让人不得不佩服作者深厚的学术功底和高超的教学艺术。比如，在阐述某一特定疾病的发病机制时，他们没有停留在表面的症状描述，而是深入挖掘了信号通路、基因表达的细微变化，这种由微观到宏观的视角转换，极大地提升了我对疾病本质的理解深度。这种全面而深入的视角，使得即便是初学者，也能在循序渐进中构建起坚实的理论基础，为将来的专业学习打下了极其稳固的基石。我欣赏作者在平衡知识的深度与广度上的努力，这让这本书的价值远超一般的参考读物，更像是一份高阶的学术导师的亲笔笔记。

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这本书的叙事风格非常独特，它摒弃了那种生硬的、命令式的教科书腔调，转而采用了一种更具启发性和对话性的语调。作者似乎是一位经验丰富、学识渊博的导师，他不是在灌输知识，而是在引导我们进行思考和探索。在关键的转折点，作者会提出一些发人深省的问题，促使读者主动去寻找答案，而不是被动接受既定的结论。这种“苏格拉底式”的教学方法，极大地激发了我内在的学习动力。当我遇到一些难以理解的复杂概念时，作者总能找到最贴切的比喻或类比来解释，这些比喻既生动又准确，仿佛是为我的思维“量身定做”的解码工具。这种亲切而又专业的沟通方式，使得原本高冷的学术内容变得平易近人，让我感觉自己不是在“啃”一本难啃的“大部头”，而是在与一位真正的智者进行深入的学术交流。

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我非常赞赏本书在内容组织上的严谨与创新，它似乎在努力弥合基础医学与应用医学之间的鸿沟。作者在处理各个子系统的内容时，都做到了在深入挖掘其内在机制的同时，不忘提及这些机制在实际诊断和治疗中的潜在意义。例如，对免疫系统紊乱的讨论，不仅详述了淋巴细胞的激活过程，更深入探讨了当前新型靶向药物是如何精准地干预这些关键步骤的。这种前瞻性的内容设置，使得本书不仅适合正在校内学习的学生，对于已经进入临床工作但需要回顾和巩固基础理论的专业人士来说，也是一本极具价值的工具书。它帮助我们将零散的知识点整合起来，形成一个有机的、相互联系的整体框架，真正理解“知其然，更知其所以然”，这种系统性的知识整合能力，是任何单纯的知识点罗列所无法比拟的。

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这本书的排版设计和视觉呈现简直是一场视觉盛宴，完全颠覆了我对传统医学教材的刻板印象。它没有使用那种密不透风的文字堆砌，而是巧妙地运用了大量的插图、信息图表以及流程图，将那些抽象晦涩的生物学概念具象化、可视化。每一次翻页，都像是在欣赏一幅精心制作的解剖学艺术品。特别是那些三维结构图，精细到每一个蛋白的折叠角度和细胞器的空间布局，让人一目了然，极大地减轻了阅读的认知负荷。我尤其喜欢作者在关键知识点旁设置的“临床小贴士”或“研究前沿速览”模块，这些小小的侧边栏，如同点亮黑暗中的灯塔，瞬间将理论知识与现实世界的应用场景连接起来，让人在学习基础知识的同时，也保持了对医学最新发展的敏感度。这种注重用户体验的设计哲学，充分体现了作者对学习者需求的深刻理解，使得冗长的阅读过程变成了一种愉悦的探索之旅。

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