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出版者:北京理工大学出版社

作者:高巍

出品人:

页数:336

译者:

出版时间:2004-9

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787564003135

丛书系列:

图书标签:

• 计算机基础
• 大学教材
• 高等教育
• 计算机科学
• 信息技术
• 入门教程
• 基础知识
• 学科教材
• 专业课程
• 计算机原理

好的，以下是为您构思的一份图书简介，该书名为《量子计算与信息科学前沿探索》，其内容完全不涉及《大学计算机基础》中的基础知识，而是专注于新兴的、高深的计算理论和物理学交叉领域。 --- 量子计算与信息科学前沿探索 一部跨越经典与量子的深度探究 作者： [此处可填入虚构的权威学者姓名，例如：陈宇航、伊丽莎白·沃特森] 出版社： 理论物理与信息工程联合出版社 定价： ￥188.00 开本： 16开 页数： 约 950页 --- 内容概要：超越比特的边界 本书旨在为具备扎实数理基础（微积分、线性代数、概率论）的读者提供一份深入、前沿的量子计算与信息科学导论及进展报告。我们彻底摒弃了传统计算机科学中对布尔逻辑、冯·诺依曼结构、操作系统原理或基础编程语言的讲解，而是将焦点集中于量子力学原理在信息处理中的应用，探索如何利用自然界最底层的规则来颠覆我们对计算能力的认知。 全书结构严谨，逻辑递进，从量子物理学的核心概念出发，逐步构建起量子信息处理的数学框架，并详尽分析了当前最尖端的算法、硬件实现挑战与理论瓶颈。 第一篇：量子力学的基石与信息载体（第1章 - 第4章） 本篇是理解后续所有高级概念的物理基础，重点在于建立从微观世界到信息论的桥梁。 第一章：薛定谔方程与量子态空间 深入探讨了非相对论性量子力学的基本公设。详细解析了波函数$Psi$的物理意义，着重讲解了希尔伯特空间（Hilbert Space）的结构，以及如何用狄拉克符号（Bra-ket Notation）精确描述多体系统。重点关注量子态的完备性、正交性与归一化。 第二章：算符、观测与量子演化 系统阐述了厄米算符（Hermitian Operators）作为可观测量的数学表示。详细分析了时间演化算符$U(t) = e^{-iHt/hbar}$的性质，以及测量的“坍缩”过程在信息论中的概率解释。引入了密度矩阵（Density Matrix）对混合态和不可完全制备系统的处理。 第三章：量子比特（Qubit）的精确定义与单比特操作 不同于经典比特的0或1，本章精确定义了量子比特的状态向量$alpha|0 angle + eta|1 angle$。深入剖析了泡利矩阵（Pauli Matrices $sigma_x, sigma_y, sigma_z$）和Hadamard门（H Gate）的几何意义，将其置于布洛赫球（Bloch Sphere）上进行直观展示，强调旋转操作即是信息操作。 第四章：多体系统与纠缠的诞生 这是全书的理论核心之一。详细分析了两个或更多量子比特组成的复合系统。重点讲解了张量积（Tensor Product）如何构建高维希尔伯特空间，并对贝尔态（Bell States）——最基础的四种最大纠缠态——进行了详尽的代数和物理推导。深入探讨了纠缠熵（Entanglement Entropy）作为系统复杂性度量的意义。 第二篇：量子电路模型与核心算法（第5章 - 第9章） 本篇从物理抽象转向信息工程的实际构建，聚焦于通用量子计算机的逻辑蓝图。 第五章：量子门集与通用性 讲解了构成通用量子计算的最小门集（Universal Gate Set），例如包含单比特旋转门和受控非门（CNOT Gate）。详述了CNOT门作为量子逻辑非线性操作的关键作用，以及如何利用它来实现任意两个量子比特之间的酉变换。 第六章：量子傅里叶变换（QFT）及其在算法中的地位 细致推导了量子傅里叶变换的矩阵形式及其高效性。与经典FFT相比，强调其指数级的加速潜力。QFT是后续所有高速算法的加速引擎，因此本章的数学推导极为详尽。 第七章：秀尔算法（Shor's Algorithm）的数学结构 全面剖析了用于大数因式分解的秀尔算法。重点放在其核心子程序——周期寻找（Period Finding）的实现路径，该路径完全依赖于QFT和量子相位估计算法（Quantum Phase Estimation, QPE）。本书不对数论基础做过多解释，而是聚焦于如何将模指数运算映射到量子电路的酉操作序列上。 第八章：格罗弗搜索算法（Grover's Algorithm）的优化 分析了量子搜索算法的二次加速原理。详细阐述了“振幅放大”（Amplitude Amplification）的技术，并用几何投影的方法解释了Grover迭代（Grover Iteration）如何逐步将目标态的概率幅推向峰值。探讨了在实际噪声环境下，最优迭代次数的确定问题。 第九章：变分量子本征求解器（VQE）与量子优化 本章转向NISQ（Noisy Intermediate-Scale Quantum）时代的实用模型。详细介绍VQE的工作流程：将哈密顿量映射为量子电路，结合经典优化器（如梯度下降）迭代调整参数化量子线路（Ansatz）以寻找系统的基态能量，这在量子化学模拟中至关重要。 第三篇：量子信息传输与误差抑制（第10章 - 第13章） 本篇探讨量子信息的传输、安全性和对物理噪声的抵抗机制。 第十章：量子隐形传态（Teleportation）的机制与非定域性 深入分析了隐形传态的完整三步协议，强调其对贝尔态和经典信道依赖性的内在要求。本章着重讨论了爱因斯坦-波多尔斯基-罗森（EPR）佯谬与定域实在论的冲突，这是信息传输层面的深刻哲学挑战。 第十一章：量子纠错码（QECC）原理 这是保证未来大规模量子计算可行的关键技术。不再讨论经典检错码，而是专注于描述如何编码信息到高维希尔伯特空间中以抵抗位翻转（Bit-flip）和相位翻转（Phase-flip）错误。重点讲解了表面码（Surface Code）的拓扑结构及其容错阈值。 第十二章：量子密码学与后量子安全 详述了BB84协议的原理，并分析了其对量子窃听的绝对安全性。更进一步，本章探讨了应对未来量子计算机威胁的格密码学（Lattice-based Cryptography）等经典密码学的后量子备选方案，展示了密码学领域的防御性转向。 第十三章：拓扑量子计算与新范式 作为前沿展望，本章介绍了超越标准量子电路模型的计算范式，特别是非阿贝尔任意子（Non-Abelian Anyons）在拓扑量子计算中的潜力。探讨了如何通过编织这些准粒子来执行计算，从而天然地抵抗局部噪声干扰。 --- 目标读者与本书特色 目标读者： 物理学、理论计算机科学、电子工程高年级本科生及研究生，以及希望从基础层面理解量子计算突破性潜力的科研人员。本书假设读者已熟练掌握高等代数、概率统计及初步的线性代数运算能力，无需任何关于编程、数据结构或操作系统的前置知识。 本书特色： 1. 纯粹的理论深度： 拒绝“玩具式”的简化介绍，所有核心概念均基于严谨的数学推导和量子力学公设。 2. 高度的交叉性： 紧密结合数学物理、信息论和计算复杂性理论的前沿成果。 3. 面向未来： 投入大量篇幅探讨容错计算、拓扑量子计算和量子机器学习的最新进展，而非停留在基础概念复述。 阅读本书，您将获得理解下一代信息革命所需的，关于量子世界运作方式的最深刻洞察。

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