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出版者:中国人民大学出版社

作者:秦志华

出品人:

页数:344

译者:

出版时间:1999-3-1

价格:14.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787300036083

丛书系列:

图书标签:

• 人力资源
• HR管理
• 人才管理
• 招聘
• 薪酬
• 绩效
• 培训
• 劳动关系
• 员工关系
• 组织发展

《量子计算与信息加密》 图书简介 导言：计算范式的颠覆与信息安全的未来 在二十一世纪的科技浪潮中，信息技术正经历着一场前所未有的深刻变革。传统计算的基石——图灵机模型，在处理某些特定复杂问题时，其计算能力的瓶颈日益显现。与此同时，随着数据量的爆炸式增长和信息安全威胁的日益复杂化，我们迫切需要一种全新的计算范式来突破现有技术的极限。《量子计算与信息加密》正是基于这一时代需求而诞生的前沿专著。 本书并非聚焦于组织行为或人力资源领域的传统管理学理论，而是深入探索了量子力学的奇特原理如何被转化为强大的计算工具，以及由此产生的计算能力将如何重塑信息安全乃至整个数字世界的面貌。我们致力于为读者提供一个全面、系统且深入的知识框架，从基础的量子物理概念出发，逐步构建起量子计算的核心理论，并详细剖析其在信息安全领域的颠覆性影响与防御策略。 第一部分：量子力学基础与量子计算的理论基石 本部分为理解量子计算的“语言”和“逻辑”奠定坚实的物理与数学基础。我们摒弃了过于晦涩的纯物理推导，而是侧重于与信息处理直接相关的核心概念。 第一章：从比特到量子比特（Qubit） 本章首先回顾经典信息论的基本概念，如比特、信息熵、冯·诺依曼架构。随后，引入量子力学的核心概念：叠加态（Superposition）和量子纠缠（Entanglement）。我们将详细阐述量子比特（Qubit）如何通过复数向量空间表示，及其相比经典比特在信息承载能力上的指数级优势。重点讨论了布洛赫球（Bloch Sphere）模型在可视化单个量子比特状态中的作用，以及如何用狄拉克符号（Bra-Ket Notation）简洁地描述多粒子系统。 第二章：量子门、电路与通用模型 量子计算的执行是通过一系列可逆的酉矩阵操作——量子门来实现的。本章系统介绍了基本的单比特门（如泡利X、Y、Z门，Hadamard门）和多比特门（如CNOT、SWAP门）。我们深入分析了CNOT门在构建纠缠态中的关键作用。随后，阐述了通用量子计算的概念，证明了如Hadamard门、T门和CNOT门构成的集合足以实现任何酉变换，从而确保了量子计算机的通用性。 第三章：量子算法的数学框架 算法是量子计算的灵魂。本章着重介绍用于解决特定问题的关键量子算法的数学原理，而非停留在表面描述。我们将详细推导和分析Deutsch-Jozsa算法，展示其在并行性上的优势；深入剖析Grover搜索算法，阐明其二次加速的来源（振幅放大技术）；最后，也是最重要的一环，是详细讲解Shor因子分解算法的整体结构，包括其核心的量子傅里叶变换（QFT）步骤，解释该算法为何对现有的RSA加密体系构成致命威胁。 第二部分：量子计算对信息安全的冲击与防御 量子计算的能力不仅限于加速搜索和优化问题，它对当前全球信息基础设施的安全构架构成了根本性的挑战。本部分聚焦于这种冲击以及如何建立“后量子时代”的安全防线。 第四章：量子计算对公钥加密体系的威胁 本章明确分析了Shor算法如何针对离散对数问题（DLP）和因子分解问题（IFP）的破解能力。我们将详细对比RSA、Diffie-Hellman（DH）以及椭圆曲线密码学（ECC）在量子威胁下的脆弱性。通过实例说明，一旦足够强大的容错量子计算机问世，当前广泛使用的公钥基础设施（PKI）将瞬间失效。本章旨在清晰界定量子风险的紧迫性。 第五章：后量子密码学（PQC）：抗量子攻击的新范式 面对量子威胁，密码学界正在积极研发能够在经典计算机上运行、但能抵抗量子计算机攻击的新一代加密算法。本章是本书的重点防御篇章。我们将全面介绍当前主流的PQC候选方案，并按其数学基础进行分类： 基于格（Lattice-based）密码学： 重点介绍LWE/SIS问题，以及KYBER（密钥封装机制）和Dilithium（数字签名）的安全性基础和设计原理。 基于编码（Code-based）密码学： 详细解析McEliece密码系统的历史背景、结构及其抗攻击的鲁棒性。 基于多变量（Multivariate-based）密码学： 阐述其基于高阶多项式方程组的复杂性，以及相关签名方案（如Rainbow，尽管已被弃用，但其原理仍具研究价值）。 基于哈希（Hash-based）签名： 重点讨论Lamport、Winternitz一维签名（W-OTS）以及基于状态的Merkle树签名方案（如SPHINCS+）的构造及其状态管理难题。 第六章：量子密钥分发（QKD）与信息论安全 除了软件层面的PQC，本章探讨基于物理原理实现绝对安全的密钥交换技术——量子密钥分发（Quantum Key Distribution）。我们将深入研究BB84协议的核心机制，解释光子偏振态如何保证窃听行为必然被察觉（即“测量即干扰”原理）。此外，本书还将讨论E91协议（基于纠缠）的工作原理，并对比QKD在理论安全性与实际部署成本、距离限制方面的权衡。 第三部分：量子计算的前沿应用与未来展望 本部分将目光投向量子计算的广阔应用前景，展示其超越密码学领域的潜力。 第七章：量子模拟与材料科学 量子计算最直接的应用之一是精确模拟量子系统本身。本章探讨如何利用量子计算机来解决传统计算机无法处理的分子轨道计算和电子结构问题。我们将介绍变分量子本征求解器（VQE）等混合量子-经典算法，展示其在催化剂设计、新材料发现（如高温超导体）和药物分子筛选中的突破性潜力。 第八章：量子机器学习（QML） 本章探讨如何将量子加速引入到机器学习领域。我们将介绍量子线性代数算法（HHL）在处理大规模线性方程组中的加速能力，并探讨量子支持向量机（QSVM）和量子神经网络（QNN）的基本结构。讨论的重点在于量子特征映射如何在高维空间中寻找更好的分类边界，以及当前QML面临的“数据编码”和“噪声影响”等实际挑战。 结论：量子时代的路线图 本书最后总结了当前实现容错量子计算机的主要技术路径（如超导电路、离子阱、拓扑量子计算等）的优劣。我们提供了一个关于未来十年内量子技术成熟度的预测路线图，强调理论研究、工程实现与安全标准的同步发展，是确保信息社会平稳过渡到量子时代的关键所在。 --- 目标读者群： 本书面向具备扎实的线性代数和离散数学基础的计算机科学、信息安全、物理学及工程学专业的高年级本科生、研究生，以及致力于理解和部署下一代信息安全技术的行业专业人士。阅读本书将使读者不仅理解量子计算的“强大”，更能掌握其“精确的应用”和“必要的防御”。

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