生物学实验教学研究 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:科学出版社

作者:陈继贞

出品人:

页数:231

译者:

出版时间:2008-5

价格:23.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787030134486

丛书系列:

图书标签:

• 生物学
• 实验教学
• 教育研究
• 高等教育
• 教学方法
• 课程设计
• 实验方案
• 教学改革
• 生物教学
• 科学教育

深度解析：量子计算的理论基石与前沿应用 导言：信息时代的下一场革命 在人类对信息处理能力不懈追求的历程中，我们正站在一个划时代的门槛上——量子计算。这不仅仅是现有计算范式的简单升级，而是一场基于物理学最深层原理的全新计算革命。本书旨在为读者提供一个全面、深入且富有洞察力的视角，探索支撑这一革命的数学和物理基础，同时系统梳理其在各个领域的突破性应用潜力。 我们相信，理解量子计算，需要超越传统的图灵机模型，进入叠加态、纠缠态和量子干涉的奇妙世界。本书将以严谨的学术态度和清晰的逻辑结构，带领工程技术人员、理论物理爱好者以及计算机科学专业人士，构建起坚实的知识体系。 --- 第一部分：量子力学的数学框架与计算基础（约 400 字） 本部分聚焦于将抽象的量子力学概念转化为可操作的计算语言。我们首先从线性代数的视角切入，详细阐述了希尔伯特空间、狄拉克符号（Bra-Ket Notation）在描述量子态中的核心地位。 1. 量子态的表述： 深入探讨了量子比特（Qubit）的概念，如何用复数向量来表示单比特和多比特系统（如张量积的应用）。特别分析了叠加态的意义，即一个系统可以同时处于多种可能状态的叠加，这是量子计算超越经典比特的根本原因。 2. 量子演化与酉矩阵： 阐述了量子系统的演化必须是幺正变换（Unitary Transformation），这保证了概率守恒和信息的可逆性。本书详尽介绍了基本的单比特和双比特量子门（如泡利门集、Hadamard门、相移门），并重点分析了CNOT门作为构建通用量子电路的关键。 3. 测量问题： 细致剖析了量子测量的非幺正性——波函数的坍缩。我们讨论了投影测量和概率诠释，以及如何利用测量来提取计算结果，这涉及到量子信息的“输出”机制。 4. 量子信息论基础： 引入了冯·诺依曼熵（Von Neumann Entropy）来量化量子态的纠缠程度，并讨论了量子信息学中的基本度量，如保真度（Fidelity）和信道容量。 --- 第二部分：核心算法与计算范式（约 550 字） 本部分是本书的核心，深入剖析了那些被证明能带来指数级或多项式加速的量子算法，并探讨了当前主流的量子计算模型。 1. 量子并行性与振幅放大： 首先解释了量子计算如何利用叠加态实现“一次计算多重输入”，但强调这种并行性需要通过量子干涉来聚焦到正确答案上。 2. 经典与量子算法的对比： Shor算法深度剖析： 详细解析了Shor算法如何利用量子傅里叶变换（QFT）高效地解决大数因子分解问题，并讨论了其对现代公钥密码体系（如RSA）的颠覆性影响。 Grover搜索算法： 阐述了Grover算法如何通过迭代的“振幅放大”过程，将非结构化搜索问题的复杂度从$O(N)$降低到$O(sqrt{N})$。书中通过几何可视化方法，直观展示了振幅放大的迭代过程。 Deutsch-Jozsa与Simon算法： 作为最早展示量子优越性的算法，我们分析了它们在函数查询复杂性上的突破。 3. 变分量子算法（VQA）： 鉴于当前含噪声中等规模量子（NISQ）设备的局限性，本书投入大量篇幅介绍VQA。 QAOA（近似优化算法）： 重点讲解了其在解决组合优化问题（如Max-Cut）中的迭代结构，包括参数优化和哈密顿量构造。 VQE（变分量子本征求解器）： 深入探讨了VQE在模拟分子和材料科学中的应用，如何结合经典优化器来寻找量子态的基态能量。 4. 量子模拟： 探讨了费曼最初提出的构想——用量子系统模拟另一个量子系统。我们将介绍如何使用Trotter-Suzuki分解法，将复杂的哈密顿量演化映射为可执行的量子门序列。 --- 第三部分：硬件实现、错误修正与未来挑战（约 400 字） 量子计算的潜力只有在可靠的物理实现上才能兑现。本部分聚焦于当前的硬件竞赛、实现过程中的核心挑战以及保障计算准确性的关键技术。 1. 量子比特的物理实现： 对比分析了当前主流的硬件平台： 超导电路（Transmons）： 探讨其高集成度的潜力与退相干时间（T1/T2）的制约。 离子阱： 分析其极高的相干性和门操作保真度，以及扩展性的难度。 拓扑量子比特与中性原子： 介绍这些新兴技术在抵抗局部噪声方面的理论优势。 2. 噪声与错误抑制： 这是当前量子计算面临的最大瓶颈。我们将详细介绍量子错误修正码（QEC）的基本原理，如表面码（Surface Code）的网格结构、逻辑比特的编码方式，以及实现容错量子计算（FTQC）所需的开销与挑战。 3. 经典与量子的混合计算架构： 探讨了如何设计一个有效的控制层，调度量子处理单元（QPU）与高性能经典计算机的协同工作，实现高效的NISQ时代应用。 4. 量子机器学习（QML）的视角： 简要介绍将高维特征映射到希尔伯特空间的概念，并讨论了量子内核方法（Quantum Kernel Methods）在分类问题中的初步优势。 --- 结论：通往普适量子计算的路径 本书通过对理论基础、核心算法和工程实践的全面梳理，旨在为读者提供一张清晰的地图，指引其穿越量子计算的复杂领域。从薛定谔方程的优雅表述，到Shor算法的指数加速，再到容错硬件的艰巨工程，量子计算的每一步发展都蕴含着深刻的物理洞察和精巧的数学构造。我们期待读者能够掌握这些知识，成为下一代信息技术浪潮中的重要推动者。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆