具体描述
电力电子技术，ISBN：9787111165958，作者：周渊深[等]编著
好的，这是一份关于《深入理解量子计算与量子信息》的图书简介： --- 《深入理解量子计算与量子信息》 图书简介 本书旨在为对量子力学原理有基本了解，并渴望进入前沿计算科学领域的读者提供一份详尽、深入且具有实践指导意义的指南。它系统性地梳理了量子计算的理论基石、核心算法以及当前面临的工程挑战，力求在理论的严谨性和实际应用的探索之间找到完美的平衡点。 第一部分：量子力学的基石与信息论的桥梁 本书伊始，我们首先对构建量子计算大厦所需的数学和物理基础进行了深入的探讨。我们从量子力学的基本公设出发，详细阐述了态叠加原理、量子纠缠的本质特性，以及测量过程对量子态的影响。重点在于建立一个清晰的数学框架，使读者能够熟练运用狄拉克符号（Bra-Ket Notation）进行物理图像的抽象化描述。 紧接着，本书引入了量子信息论的核心概念。我们细致地剖析了量子比特（Qubit）作为信息载体的独特性质，对比了经典比特与量子比特在信息存储和处理上的根本差异。随后，我们将探讨量子信息论中的关键度量，例如量子熵、冯·诺依依曼熵（Von Neumann Entropy）以及纠缠度量（如纠缠熵）。这些工具是理解量子信息处理效率和容量的先决条件。我们不仅关注理论定义，更着重于如何通过数学工具来量化和分析信息流。 第二部分：量子门、电路与可编程性 在掌握了基本信息载体之后，本书进入量子计算的核心——量子逻辑门与量子电路设计。我们详细介绍了基本单比特门（如泡利门、哈达玛门）和多比特门（如受控非门CNOT、受控Z门CZ）的矩阵表示及其对量子态的作用。特别地，我们深入讨论了通用量子门集的完备性证明，解释了为何仅需一组特定的酉矩阵（Unitary Matrices）就可以构建出任意复杂的量子计算过程。 本书随后构建了完整的量子电路模型。读者将学习如何将一个宏大的计算问题分解为一系列可执行的量子逻辑操作序列。我们将详细分析量子线路的深度、宽度和藤蔓性（Tangle）对实际执行的制约，并引入量子线路仿真工具（如Qiskit、Cirq的理论基础）的使用规范，帮助读者将抽象的电路图转化为可验证的计算流程。 第三部分：里程碑式的量子算法解析 本篇是本书的重头戏，聚焦于那些展示出量子优越性（Quantum Supremacy）潜力的关键算法。我们采取由浅入深的讲解方式： 1. Shor算法： 我们将彻底解构Shor算法的两个核心组成部分——量子傅里叶变换（QFT）的实现机制，以及如何将其与经典数论方法相结合来高效求解大整数的因子分解问题。我们力求用直观的方式解释周期寻找子例程的精妙之处。 2. Grover算法： 针对无结构数据库的搜索问题，Grover算法提供了平方级的加速。本书将详细阐述其核心的“振幅放大”过程，包括Grover迭代器的几何意义，并分析其最优迭代次数的确定方法。 3. 量子模拟与变分算法： 鉴于当前噪声中等规模量子（NISQ）设备的环境，本书将大量的篇幅投入到模拟化学系统和材料科学的量子算法中。我们将细致讲解变分量子本征求解器（VQE）和量子近似优化算法（QAOA）的变分框架、哈密顿量编码技术，以及如何设计有效的测量策略来提取物理信息。 第四部分：量子硬件与工程实现挑战 理论的先进性必须依托于可靠的硬件支撑。本书的最后一部分转向了工程实践和当前的主要技术路线。我们全面概述了当前主流的量子计算平台，包括超导电路（Transmon Qubits）、离子阱（Trapped Ions）、光子系统（Photonic Systems）以及拓扑量子比特等。对于每种技术，我们都深入分析了其实现量子比特的物理机制、面临的主要挑战（如退相干时间、门保真度、可扩展性）以及实现高保真度多量子比特操作的工程方案。 此外，我们还探讨了噪声对计算结果的系统性影响，并介绍了容错量子计算（Fault-Tolerant Quantum Computation, FTQC）的理论框架，特别是表面码（Surface Codes）的编码、测量和错误校正流程。这部分内容帮助读者理解，要实现真正强大的量子计算机，我们还需要跨越哪些重大的工程鸿沟。 目标读者 本书适合于高等院校的物理学、计算机科学、电子工程、应用数学专业的本科高年级学生、研究生，以及希望系统掌握量子计算核心理论并探索其应用潜力的专业研究人员和工程师。阅读本书需要具备线性代数和基础微积分知识。 通过对量子计算理论的严谨梳理和对前沿算法的深入剖析，本书旨在培养读者独立设计、分析和评估量子计算解决方案的能力。
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