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出版者:松崗文魁

作者:宇新

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2005年05月09日

价格:NT$ 640

装帧:

isbn号码:9789861255156

丛书系列:

图书标签:

• 计算机科学
• 计算机基础
• 信息技术
• 入门
• 概论
• 教材
• 高等教育
• 数字技术
• 信息处理
• 基础知识

《量子纠缠与信息处理：超越经典计算的未来图景》 内容简介： 本书深入探讨了二十一世纪信息科学最前沿的领域——量子信息与计算。它并非仅仅是对现有计算机技术原理的梳理，而是聚焦于一门颠覆性的学科，旨在揭示超越经典比特（0或1）范畴的信息存储、传输与处理的全新可能性。本书将引导读者从扎实的物理学基础出发，逐步构建起对量子力学核心概念的深刻理解，并将其转化为可操作的计算模型。 第一部分：量子物理学基础与信息载体 本部分致力于为非专业读者构建一座坚实的桥梁，连接深奥的量子力学与信息科学。我们首先回顾经典物理学中信息熵的概念，作为对比和铺垫。随后，我们将引入量子力学的核心基石：波粒二象性、叠加态原理和概率诠释。重点阐述量子比特（Qubit）作为信息基本单元的独特之处——它不仅可以处于0或1的状态，更可以同时处于两者的任意线性叠加态。通过引入布洛赫球（Bloch Sphere）的几何表示法，清晰地展示了量子态的无限可能性空间，这与经典比特的有限状态形成了鲜明对比。 更重要的是，我们将详细解析量子纠缠（Quantum Entanglement）这一“鬼魅般的超距作用”。纠缠态的建立和测量如何瞬间影响远距离粒子的状态，以及这种现象如何成为构建强大量子算法的不可或缺的资源。我们不会止步于概念的描述，而是会深入探讨如何利用这些物理特性来设计信息处理的底层逻辑。 第二部分：量子计算的数学框架与核心算法 在本部分，我们将从物理现象转向抽象的数学模型。读者将学习如何用线性代数——特别是希尔伯特空间和酉矩阵——来精确描述量子系统的演化。量子门（Quantum Gates）被引入，作为量子线路图的基本构建块。我们会详细解析单比特门（如泡利矩阵 $X, Y, Z$、哈达玛门 $H$）和多比特门（如受控非门 CNOT）的作用原理及其在构建复杂逻辑电路中的地位。 核心章节将聚焦于驱动量子计算革命的几大关键算法： 1. 秀尔算法（Shor's Algorithm）： 详细剖析其如何在多项式时间内解决经典计算中最棘手的因子分解问题，并阐述其对现有公钥加密体系（如RSA）的颠覆性意义。 2. 格罗弗算法（Grover's Algorithm）： 阐释其如何通过平方根级别的加速，在无序数据库搜索中提供二次加速，并探讨其在优化问题中的潜在应用。 3. 量子近似优化算法（QAOA）与变分量子本征求解器（VQE）： 这两部分内容侧重于当前“含噪声中等规模量子”（NISQ）时代的实际应用，展示如何利用混合量子-经典方法来解决化学模拟、材料科学和金融建模中的优化难题。 第三部分：量子通信与信息安全 信息处理的能力不仅仅局限于计算速度，更在于信息的安全传输。本部分将探讨量子力学如何保障通信的绝对安全。 量子密钥分发（Quantum Key Distribution, QKD）是本部分的核心。我们将以BB84协议和E91协议为例，详尽解析光子偏振态如何被用来生成和分发密钥。关键在于，任何试图窃听的行为都会不可避免地引入可被检测到的扰动，从而保证信息传输的“无条件安全”。 此外，本书还将涵盖量子隐形传态（Quantum Teleportation）的机制。虽然这并非传统意义上的物质传输，但它展示了如何利用纠缠对，将一个未知的量子态从一处精确转移到另一处，这是未来量子互联网和分布式量子计算网络的基础。 第四部分：实现与挑战：从理论到工程 理论的实现依赖于尖端的技术工程。本部分将对当前主流的量子计算机硬件平台进行深入的比较和分析，探讨它们各自的优缺点和工程难点： 超导电路量子位（Superconducting Qubits）： 剖析基于约瑟夫森结的系统，其优点在于集成度和扩展性，难点在于对极低温环境的苛刻要求和退相干（Decoherence）问题的严重性。 离子阱量子位（Trapped Ions）： 探讨利用电磁场囚禁单个原子离子，并使用激光精确操控其能级的优势，特别是其极高的相干时间。 光子学量子计算（Photonic Quantum Computing）： 分析基于光子偏振或路径作为信息载体的系统，以及其在室温下工作的潜力。 最后，我们将严肃讨论量子霸权（Quantum Supremacy）的真正含义，以及当前量子计算在实现通用、容错计算（Fault-Tolerant Quantum Computing）之前所面临的根本性障碍，例如如何构建高效的量子纠错码来对抗无处不在的噪声。 读者对象： 本书适合对信息技术、计算机科学、物理学有浓厚兴趣的高年级本科生、研究生以及希望了解未来计算范式的研究人员和工程师。它要求读者具备一定的线性代数基础，但对深奥的量子物理背景知识不做强制要求，旨在提供一个从物理直觉到数学建模再到应用实践的全面、严谨的学习路径。

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这本书的封面设计真是让人眼前一亮，那种深邃的蓝色调，配上抽象的电路板纹理，一下子就抓住了我的注意力。我本来对技术类书籍的封面总是提不起兴趣，觉得它们大多是千篇一律的教科书式设计，但《**计算化繁为简：数字世界的底层逻辑**》这本书彻底颠覆了我的看法。它不像那些死板的教材，反而散发着一种现代感和前沿科技的气息。我抱着试试看的心态翻开了第一页，里面的排版布局也极为考究，文字和图表的留白恰到好处，阅读起来丝毫没有压迫感。作者在行文风格上，也明显摒弃了那种高高在上的学术腔调，而是采用了非常亲切、引导式的叙述方式。比如在解释二进制转换的时候，他不是直接抛出公式，而是用一个生活中的“开关灯”的例子来类比，这立刻让我这个对底层代码一窍不通的“小白”感到豁然开朗。整体而言，这本书从视觉到内容入口，都展现出一种精心打磨的诚意，让人愿意沉浸其中，探索那些原本以为遥不可及的计算机奥秘。它成功地将冰冷的技术术语，转化成了一场引人入胜的知识探险。

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我花了整整一个周末来啃这本书，最大的感受就是作者对“系统性思维”的强调，简直达到了偏执的程度。他并没有满足于简单罗列计算机的各个组成部分，而是花费了大量篇幅去构建一个完整的生态框架。比如，在谈到操作系统（OS）的工作原理时，他没有孤立地讲解内存管理或进程调度，而是通过一个“虚拟城市规划师”的比喻，将CPU比作建筑工地，内存比作建筑材料仓库，而OS就是那个负责协调所有资源分配和流程控制的总指挥。这种宏观的视角，让我一下子理解了为什么不同的硬件组合需要特定的驱动程序，也明白了软件冲突的根源往往在于资源争夺的策略失衡。更妙的是，每当讲到一个新的概念，比如“汇编语言”，他都会回溯到前面讲到的“冯·诺依曼结构”，形成一个紧密的逻辑链条，让你感觉自己不是在读一堆孤立的知识点，而是在拼装一个庞大而精密的机械装置。这种深入骨髓的结构化讲解，让我的知识体系得到了极大的巩固，不再是零散的碎片。

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最让我感到意外的是，这本书的结论部分，并没有简单地以“未来展望”草草收场，而是进行了一次深刻的“哲学反思”。作者将目光从纯粹的技术层面，提升到了人类社会与计算智能的交汇点。他探讨了图灵测试的局限性，并对比了弱人工智能和强人工智能的本质区别，这部分内容让我产生了强烈的代入感和思考欲。他提出了一个发人深省的问题：当我们过度依赖计算工具来做决策时，我们的人类直觉和批判性思维是否正在被“算法化”？这种对技术伦理和未来走向的探讨，让这本书超越了单纯的技术手册范畴，更像是一部关于现代人与机器共生关系的深度思考录。它不仅教会了我计算机“如何工作”，更重要的是，它引导我思考计算机“应该如何影响我们的生活”。这本书的价值，就在于它成功地架设了技术知识与人文关怀之间的桥梁。

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作为一个对信息安全略有耳闻但知之甚少的读者，我对书中关于“网络协议与安全基础”这一章节的深度感到非常惊喜。这部分内容完全没有流于表面地谈论防火墙或者杀毒软件，而是深入到了TCP/IP协议栈的底层握手过程。作者用了一种类似“谍战片”的口吻来描述三次握手和四次挥手，每一个数据包的发送和确认，都被描绘成一次信息交换的密码校验过程，让我清晰地看到了数据在互联网中是如何被安全地“封装”和“解封”的。特别是当他讨论到“中间人攻击”时，他详细拆解了如何利用协议的特性进行数据劫持，那种抽丝剥茧的分析过程，让我对网络通信的脆弱性有了全新的认识。这本书让我明白，真正的安全不是依靠外挂的工具，而是建立在对底层通信机制的深刻理解之上，这对于任何想在数字世界中自保的人来说，都是宝贵的知识财富。

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这本书在处理一些复杂算法和数据结构时，展现出了一种令人赞叹的“可视化引导”能力。我记得有一次在研究哈希表的冲突解决机制，以往我看的很多资料都是一堆晦涩的公式和流程图，看得我头昏脑胀，最后只能死记硬背。但这本书里，作者用了一个生动的“图书馆座位分配”模型来解释。他把不同的数据项想象成需要找座位的读者，而哈希函数就是那个指引他们去哪一排哪一列的图书管理员。当出现两个读者被分配到同一个座位（即哈希冲突）时，作者立刻引出了“链表法”和“开放寻址法”这两种不同的“排队疏导”策略。这种将抽象概念具象化的叙事手法，极大地降低了学习门槛，让我不仅“知道”了算法是什么，更“理解”了它为什么会那样设计。读完这一章，我甚至能自己上手模拟几种不同的冲突解决过程，这种动手能力和理解深度是其他教材难以企及的。

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