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出版者:

作者:Pang, Tao

出品人:

页数:402

译者:

出版时间:2010-6

价格:$ 38.41

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isbn号码:9780521532761

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• 计算机科学
• 数学
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好的，以下是一本名为《量子信息学导论》的图书简介，字数约1500字： --- 《量子信息学导论》 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面、深入且易于理解的量子信息学领域入门指南。量子信息学作为一门交叉学科，融合了量子物理学、计算机科学和信息论的前沿思想，正以前所未有的速度重塑着我们对计算、通信和测量的认知。本书从基础物理原理出发，逐步构建起理解量子现象在信息处理中应用的理论框架。 全书共分为六个主要部分，结构清晰，逻辑严谨，旨在引导初学者不仅掌握核心概念，更能培养利用量子力学工具解决实际问题的能力。 第一部分：量子力学的基本要素 在本书的开篇，我们将回顾和梳理支撑整个量子信息领域的物理学基础。这部分内容侧重于概念的清晰阐述而非繁复的数学推导，但确保了读者对以下核心概念的扎实理解： 1. 量子比特（Qubit）的定义与性质： 介绍经典比特与量子比特的根本区别，包括叠加态的数学描述（狄拉克符号$vertpsi angle$）和其在二维复数希尔伯特空间中的几何表示（布洛赫球）。重点讨论测量如何导致波函数坍缩，以及概率解释的重要性。 2. 量子态的演化： 阐述时间演化的动力学，引入薛定谔方程及其在线性算符框架下的表示。详细讨论幺正演化（Unitary Evolution）作为信息无损传输的物理基础。 3. 多粒子系统与张量积： 解释如何使用张量积来描述两个或多个量子比特组成的复合系统，为后续的纠缠概念打下基础。 第二部分：量子纠缠——核心资源 纠缠是量子信息区别于经典信息的最本质特征。本部分将深入探讨这一“鬼魅般的超距作用”的各个方面： 1. 纠缠的产生与识别： 介绍贝尔态（Bell States）作为最基础的纠缠态，并解释为什么它们不能被写成独立子系统乘积的形式。引入“纠缠度量”的概念，例如纠缠熵。 2. 贝尔不等式的检验： 详细解析贝尔定理的物理意义，并通过CHSH不等式展示量子关联如何超越所有定域隐变量理论的限制。这部分将辅以实验观测的背景介绍。 3. 纠缠的非经典特性： 探讨纠缠在量子隐形传态（Quantum Teleportation）和超密编码（Superdense Coding）等基础协议中的核心作用，展示纠缠如何成为一种可被量化和利用的物理资源。 第三部分：量子门与量子电路 本部分将视角从物理态转向信息处理的工具集——量子逻辑门。 1. 基本量子门： 详细介绍单比特门（如泡利门 $X, Y, Z$、Hadamard门 $H$）和受控门（如 CNOT门）。分析这些门在布洛赫球上的几何操作。 2. 通用量子门集： 证明少数几个量子门（如Hadamard, Phase, CNOT）足以构建任何幺正变换，即实现了“图灵完备性”的量子版本。 3. 量子电路设计： 通过实例展示如何将这些基本门串联起来构建复杂的量子算法的电路图，强调线路深度和门数量对实际计算资源的需求。 第四部分：量子计算的算法与潜力 理论基础搭建完毕后，本部分聚焦于展示量子计算解决特定问题相对于经典计算的指数级或多项式加速的潜力。 1. Shor算法的原理： 虽然不进行详尽的数学推导，但会清晰阐释Shor算法中利用量子傅里叶变换（QFT）加速大数因子分解的核心思想和步骤，强调其对现有公钥密码体系的颠覆性意义。 2. Grover搜索算法： 详细介绍Grover算法如何通过迭代的振幅放大技术，将无结构数据库的搜索时间从 $O(N)$ 降至 $O(sqrt{N})$，并讨论其适用范围。 3. 量子模拟： 探讨量子计算机在模拟复杂量子系统（如分子结构、材料科学）方面的独特优势，解释为什么经典计算机在处理这些问题时会遇到“指数级希尔伯特空间爆炸”。 第五部分：量子信息传输与安全 本部分关注信息在物理信道中的传输与保护，这是量子信息技术最接近实际应用的领域之一。 1. 量子密钥分发（QKD）： 深入讲解BB84协议的工作原理，强调其基于物理定律（如不克隆定理）提供理论上无条件安全性的机制。讨论实验实现中的挑战（如信道损耗）。 2. 不可克隆定理（No-Cloning Theorem）： 严格证明无法完美复制任意未知的量子态，并阐述这一限制对量子通信和计算安全性的深远影响。 3. 量子纠错码（Quantum Error Correction, QEC）： 介绍错误模型的必要性（退相干和随机错误），并介绍最基础的Shor 3量子比特码和表面码（Surface Code）的基本思想，说明如何通过编码冗余来保护量子信息。 第六部分：展望与前沿课题 在结语部分，本书将带领读者回顾当前量子信息领域的最新进展和未来挑战。 1. 量子退火与变分算法： 讨论NISQ（Noisy Intermediate-Scale Quantum）时代的计算范式，介绍如何利用量子退火和变分量子本征求解器（VQE）在噪声设备上寻找近似解。 2. 开放系统的量子动力学： 探讨量子系统与环境的相互作用（退相干），这是从理想模型走向实际硬件的关键一步。 3. 量子技术的实际部署： 简要概述全球在量子硬件（超导电路、离子阱、光量子）和量子网络建设方面的主要路线图和面临的工程难题。 本书的写作风格力求精确而不晦涩，对于需要深入理解量子力学数学形式的读者，提供了充足的参考文献指引；对于希望快速掌握量子信息概念的应用导向型读者，则提供了清晰的直觉和工程实例。本书适合物理、计算机科学、电子工程及数学专业的本科高年级学生、研究生，以及所有对下一代信息技术抱有浓厚兴趣的专业人士。通过本书的学习，读者将能够自信地步入量子信息研究和开发的广阔前沿领域。 ---

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在我学习物理的漫长旅途中，《An Introduction to Computational Physics》这本书犹如一盏明灯，照亮了我前进的道路。起初，我对计算物理的概念感到一丝陌生与畏惧，毕竟，将精妙的物理定律转化为一行行冷冰冰的代码，似乎是一项艰巨的任务。然而，这本书以其独特而富有吸引力的叙述方式，成功地消除了我的疑虑。作者并非仅仅罗列枯燥的公式和算法，而是将复杂的概念剥茧抽丝，用清晰易懂的语言进行阐释，并辅以精心设计的图示和例子，让每一个读者都能感受到计算物理的魅力。我尤其喜欢书中对物理问题的建模过程的详细讲解，它让我明白，将现实世界的复杂现象简化为可计算的模型，本身就是一种极具创造性的过程。从最基础的插值与逼近，到更高级的微分方程求解，每一个章节都循序渐进，让我能够一步步建立起坚实的计算物理基础。这本书不仅仅是教我如何编程，更是教我如何用计算的思维去思考物理问题，如何将抽象的物理概念转化为可执行的算法。我相信，这本书将成为我未来研究道路上不可或缺的伙伴，它将帮助我探索更广阔的物理世界，实现我的科学梦想。

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作为一名对计算领域充满好奇的学生，《An Introduction to Computational Physics》这本书无疑为我打开了一个全新的世界。我一直对那些能够将抽象的科学原理具象化的技术感到着迷，而这本书恰恰是这种结合的完美体现。作者在书中展现出的不仅仅是深厚的物理学功底，更有对编程艺术的深刻理解。他能够将复杂的物理概念，如量子力学、流体力学等，转化为清晰的算法描述，并引导读者一步步实现。我最欣赏的是书中并非仅仅提供“做什么”，而是深入浅出地解释“为什么这么做”，以及各种方法的优缺点，这让我能够更深刻地理解每一种计算方法的内在逻辑，而不是仅仅停留在表面。从基础的数值积分到复杂的蒙特卡洛方法，每一个章节都充满了挑战与乐趣。我开始期待能够运用书中的知识，去模拟宇宙的演化，去研究材料的微观结构，去探索那些曾经只能在理论上讨论的物理现象。这本书，不仅是一本学习资料，更是一个激发我无限创造力和探索欲的源泉，它让我看到了科学研究的无限可能。

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作为一名渴望深入理解物理世界运行机制的学生，《An Introduction to Computational Physics》这本书是我一直在寻找的理想读物。它以一种极其清晰且富有逻辑的方式，将抽象的物理理论与强大的计算工具完美地融合在一起。作者并没有将计算物理仅仅视为一种解决问题的“捷径”，而是将其提升到一种能够洞察物理世界本质的思维方式。我尤其欣赏书中对不同数值方法的深入剖析，它不仅仅罗列了算法的步骤，更重要的是，它解释了每一种方法背后的数学原理，以及其在不同物理场景下的适用性。从基本的数值积分和微分方程求解，到更复杂的模拟技术，书中提供的例子都极具代表性和启发性。我迫不及待地想要利用书中所学的知识，去模拟行星的轨道运动，去研究热力学系统的演化，去探索材料的力学性能。这本书，对我来说，不仅仅是一本教材，它更像是一张通往物理学深度探索的地图，它将指引我走向更广阔的科学视野，并为我的学术旅程提供坚实的基础。

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作为一名沉迷于理论物理的探索者，我一直坚信，最深刻的理解往往源于亲手验证和模拟。然而，在某些复杂的物理模型面前，传统的解析方法常常显得力不从心。《An Introduction to Computational Physics》的出现，彻底改变了我的这种局限。它并没有将计算物理仅仅视为一种工具，而是将其提升到了一个与理论推导同等重要的地位，赋予了它独特的视角和强大的力量。我特别欣赏书中对物理概念的引入方式，它并非直接跳入复杂的算法，而是先建立起清晰的物理直觉，然后巧妙地引导读者思考如何用计算方法来刻画这些直觉。这种循序渐进的教学方式，对于像我这样更偏向于物理概念理解而非纯粹编程技巧的读者来说，无疑是一大福音。书中的例子生动且富有启发性，它们不仅仅是枯燥的算法演示，更是将抽象的物理现象还原为可操作的计算流程，让我能够以一种全新的方式去“感受”和“理解”物理世界的运行规律。我开始设想，未来我可以用书中所学的知识，去模拟黑洞附近的引力波传播，或者去探索凝聚态物理中的量子相变，这些曾经只存在于我的想象中的场景，如今却仿佛触手可及。这本书，为我打开了一扇通往物理学更深层本质的大门，其价值难以估量。

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在我眼中，《An Introduction to Computational Physics》这本书不仅仅是一本关于如何用计算机解决物理问题的指南，它更是一次关于物理学思维方式的启蒙。作者用一种极其流畅且富有洞察力的方式，将抽象的物理概念与具体的计算实践紧密地联系起来。我曾一度认为，物理学是纯粹的理论推导，而计算则是一种工程化的过程，两者之间存在着难以逾越的鸿沟。然而，这本书彻底打破了我的这种刻板印象。它让我意识到，计算方法不仅是一种工具，更是一种强大的思维模式，它能够帮助我们探索那些难以解析的物理问题，甚至能够发现新的物理规律。书中对各种数值方法的介绍，并非机械的算法堆砌，而是融入了对物理现象本质的深刻理解，以及对算法背后数学原理的清晰阐释。我发现，通过阅读这本书，我不仅学会了如何编写代码来模拟物理现象，更学会了如何以一种计算的视角去审视物理问题，如何从大量的模拟数据中提取有意义的物理信息。这本书，为我打开了一扇全新的学习之门，我迫不及待地想要在其中遨游，去探索物理学的无限疆域。

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在我学习物理学的过程中，我总是被那些能够揭示宇宙运行规律的宏大理论所吸引，但同时也对如何将这些理论付诸实践，如何用量化的方式去探索未知，感到一丝迷茫。《An Introduction to Computational Physics》这本书，恰好满足了我内心深处的这种需求。它并非简单地提供一套编程教程，而是以一种更加深刻的视角，将计算方法视为理解和探索物理学的一种核心能力。作者在书中对物理问题的建模和算法设计过程的讲解，极具启发性。他不仅展示了如何将物理方程转化为计算机可执行的代码，更重要的是，他引导我思考如何从问题的本质出发，选择最合适的计算方法。我惊叹于书中对各种数值方法的详细分析，从基本的离散化技术，到复杂的迭代求解器，每一种方法都被清晰地阐述，并附有实际的应用案例。我开始设想，未来我将能够利用这本书的知识，去模拟引力波的探测，去研究量子计算机的运行原理，去探索暗物质的分布。这本书，为我打开了一扇通往科学前沿的窗户，它赋予了我用代码“对话”物理世界的勇气和能力。

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在无垠的数字宇宙中探索物理学奥秘，一直是我内心深处的热切渴望。当《An Introduction to Computational Physics》这本书偶然闯入我的视野时，我仿佛遇见了久违的灵魂伴侣。初次翻开它，书页间的墨香便勾起了我对物理世界无限的好奇，以及对那些抽象概念能否在计算机的冰冷代码中找到具象化表达的深深的求索。这本书不仅仅是一本教材，它更像是一扇通往全新知识维度的窗户，让那些曾经遥不可及的理论，变得触手可及，甚至可以亲手去“触摸”和“塑造”。我惊叹于作者是如何将严谨的物理定律，与精巧的编程算法巧妙地融为一体，为读者构建起一座横跨理论与实践的坚实桥梁。每一次深入阅读，都仿佛经历了一场思维的盛宴，从最基础的数值方法，到复杂系统的模拟，每一步都充满了惊喜与挑战。我迫不及待地想要深入其中，用代码构建出我脑海中的物理图景，去验证那些书本上的公式，去探索那些未知的领域。这本书的出现，无疑是我学术生涯中的一道璀璨的光芒，它点燃了我对计算物理的热情，也为我未来的学习和研究指明了方向。我期待着它能够帮助我突破思维的藩篱，在科学探索的道路上，更上一层楼。

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在我长久以来对物理学理论的求索过程中，我总是在思考如何能够更直观地理解那些抽象的公式和模型。《An Introduction to Computational Physics》这本书，正是回应了我内心深处的这个渴望。它并非简单地教授编程技巧，而是将计算方法作为一种探索物理世界深刻奥秘的有力工具来呈现。作者以一种引人入胜的方式，将复杂的物理概念，如量子力学的薛定谔方程，流体力学的纳维-斯托克斯方程等，通过清晰的算法描述和逐步的示例，转化为可执行的代码。我惊叹于书中对不同数值方法的比较和分析，它让我能够理解每一种方法的优势与局限，并根据具体的物理问题做出最优选择。从最基础的泰勒展开，到更复杂的有限差分法和有限元法，每一章都像是一次思维的探险。我开始憧憬，未来我将能够用这本书所学的知识，去模拟粒子在电磁场中的运动，去研究天气系统的形成，去探索宇宙大爆炸的余晖。这本书，不仅仅是一本教科书，它更像是一位睿智的导师，引领我在计算物理的广阔天地中，找到属于自己的方向。

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自从我开始涉足物理学的研究领域，《An Introduction to Computational Physics》这本书就成为了我案头不可或缺的伴侣。它以一种极其精妙的方式，将抽象的物理理论与具象的计算实践完美地结合在一起，为我打开了一扇通往更深层理解的大门。我一直认为，物理学的魅力在于其解释世界的能力，而这本书则向我展示了，如何通过计算的力量，将这些解释转化为可观察、可验证的模拟。作者在书中对每一种数值方法的讲解都极其到位，不仅包含了严谨的数学推导，更重要的是，它深入地阐述了这些方法如何被应用于解决实际的物理问题。我特别喜欢书中对不同算法效率和稳定性的讨论，这对于进行大规模的科学计算至关重要。从求解简单的代数方程，到模拟复杂的物理系统，书中提供的案例都极具启发性，让我能够快速上手并获得宝贵的实践经验。我期待着，未来能够运用这本书中的知识，去探索核聚变的物理过程，去模拟新材料的性能，去理解生命系统的基本原理。这本书，无疑为我在科学探索的道路上，注入了强大的动力。

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对于许多对物理学理论的深度和广度感到敬畏的学子来说，《An Introduction to Computational Physics》这本书无疑是一剂强心针。我一直对那些宏大的物理学理论充满了好奇，但常常因为缺乏有效的工具去探索和验证而感到沮丧。这本书的出现，完美地填补了这一空白。它并没有将计算物理描绘成一门高不可攀的学科，而是以一种极其友好的方式，引导读者一步步走进这个充满魅力的领域。作者在书中对每一个数值方法的讲解都细致入微，不仅解释了算法本身，更深入地探讨了其背后的物理意义，以及在不同场景下的适用性。我尤其欣赏书中关于错误分析和误差传播的讨论，这对于确保模拟结果的可靠性至关重要。从简单的常微分方程求解，到复杂的偏微分方程模拟，书中提供了丰富的案例，让我能够将所学的知识立即应用到实践中。我开始设想，未来我将能够利用这本书所教授的技能，去模拟星系的形成，去研究材料的断裂行为，去探索气候变化的物理机制。这本书，是我在物理学海洋中探索的绝佳伙伴，它赋予了我驾驭复杂物理问题的能力。

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