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出版者:高等教育出版社

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页数:0

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出版时间:1900-01-01

价格:13.0

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isbn号码:9787040052299

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书籍简介： 《量子计算的原理与实践》 作者： 张伟，李明 出版社： 科学技术文献出版社 ISBN： 978-7-5045-XXXX-X --- 内容提要： 本书是一部系统阐述量子计算基础理论、核心算法以及前沿实验进展的专业著作。它旨在为具有扎实线性代数和经典计算理论基础的读者，提供一个深入理解量子力学在信息处理领域应用的全面指南。 全书共分七章，内容覆盖了量子力学的基本概念、量子信息论的数学框架、主要的量子计算模型，以及当前最受关注的量子算法及其在特定领域的应用潜力。 第一部分：量子力学基础与信息载体（第1-2章） 第1章：量子力学基本原理回顾 本章首先对量子力学的核心概念进行精炼的回顾，为后续的量子信息处理打下坚实的物理基础。重点阐述了态叠加原理、波函数的概率诠释、薛定谔方程及其在有限维系统中的应用。特别关注了量子态的数学描述——使用狄拉克符号（Bra-Ket Notation）来表示量子态矢量在复数希尔伯特空间中的位置。讨论了测量过程的本质，包括投影公设和本征值的确定性，并引入了量子力学的不可克隆定理，这是区分量子信息与经典信息处理的关键物理限制。此外，本章还深入探讨了量子力学中的非定域性，为理解量子纠缠现象做了铺垫。 第2章：量子比特与量子门 量子比特（Qubit）是量子信息处理的基本单元。本章详细介绍了量子比特的表示方式，包括对单比特态的几何解释——布洛赫球（Bloch Sphere），以及多比特系统的张量积结构。随后，章节集中讨论了量子计算的“逻辑门”，即幺正变换。系统性地介绍了单量子比特门（如泡利矩阵 $X, Y, Z$、Hadamard 门 $H$）和多量子比特门（如 CNOT 门、SWAP 门）。通过对这些基本门的组合操作，读者将理解如何构建任意酉矩阵运算，并掌握利用量子门序列实现特定计算任务的基本方法。本章通过具体的矩阵乘法实例，展示了量子电路图的绘制和解读规范。 第二部分：量子信息理论与纠缠（第3-4章） 第3章：量子纠缠的度量与应用 量子纠缠是量子计算和量子通信的核心资源。本章深入剖析了纠缠态的数学特性，特别是贝尔态（Bell States）的构造与性质。引入了量化纠缠的指标，如纠缠熵（Entanglement Entropy）和纠缠保真度（Entanglement Fidelity）。通过对EPR佯谬的深入分析，强调了纠缠在信息传输中的非经典作用。本章还探讨了纠缠在量子隐形传态（Quantum Teleportation）和超密编码（Superdense Coding）中的应用，这些应用揭示了量子信息处理的非凡能力。 第4章：量子信道与误差控制 在实际的量子计算系统中，环境噪声和退相干是主要障碍。本章转入量子信息论的实际应用层面，讨论了量子信道的数学描述——使用量子算子矩阵（Choi Matrix）来表征信道变换。详细介绍了量子误差的分类（比特翻转、相位翻转及复合错误）。核心内容聚焦于量子纠错码（Quantum Error Correcting Codes, QECCs），特别是对Shor码和Steane码的原理进行了详细推导和解析，展示了如何利用纠缠态来保护脆弱的量子信息，实现容错量子计算（Fault-Tolerant Quantum Computation）的理论基础。 第三部分：核心量子算法与计算模型（第5-6章） 第5章：量子并行性与核心算法 本章是全书的重点，着重介绍如何利用量子态的指数级并行性来加速计算。首先，详细讲解了量子傅里叶变换（QFT）的原理和高效实现，这是许多重要算法的核心组件。随后，对两个里程碑式的量子算法进行了深入剖析： 1. 秀尔（Shor）算法： 详细分解了其基于量子相位估计的分解步骤，解释了它是如何突破经典数论难题（大数因子分解）的。 2. 格罗弗（Grover）算法： 阐述了其利用振幅放大（Amplitude Amplification）技术，实现对无序数据库的二次加速。本章提供了这些算法在低比特数上的具体电路实现案例。 第6章：变分量子算法与量子模拟 随着NISQ（Noisy Intermediate-Scale Quantum）设备的出现，变分量子算法（VQA）成为当前研究的热点。本章介绍了混合量子-经典计算的框架，包括变分量子本征求解器（VQE）和量子近似优化算法（QAOA）。重点讨论了如何设计高效的量子线路Ansatz，以及如何通过经典优化器来迭代地寻找最优参数。此外，本章还介绍了量子模拟（Quantum Simulation）的基本方法，例如Trotter分解法，用于模拟复杂的哈密顿量系统，这在材料科学和药物研发中具有巨大潜力。 第四部分：前沿发展与展望（第7章） 第7章：量子计算的实现平台与挑战 本章回顾了当前主流的量子硬件实现技术，包括超导电路、离子阱、中性原子、拓扑量子比特等，对比了它们各自的优势（如相干时间、门保真度、可扩展性）和面临的技术瓶颈。最后，本章对量子计算的未来发展趋势进行了展望，包括量子霸权（Quantum Supremacy）的意义、容错计算的长期目标，以及量子机器学习（QML）的前景，旨在激发读者的研究兴趣。 --- 适用读者： 本书适合高等院校信息科学、物理学、数学及工程学科的高年级本科生、研究生，以及从事量子信息技术研发的科研人员和工程师。阅读本书需要具备扎实的微积分、线性代数知识，并对经典计算理论有基本了解。 本书特色： 理论深度与实践结合： 不仅停留在概念介绍，更深入到关键算法的数学推导和电路实现细节。 覆盖前沿： 包含了NISQ时代的VQA和最新的硬件平台介绍。 清晰的逻辑结构： 从物理基础到信息抽象，再到算法实现，层层递进，便于自学和教学使用。

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这本书简直是为那些渴望提升自己“系统思维能力”的人量身定做的。它并非专注于某一个孤立的技术点，而是着力于构建一个理解复杂系统的思维模型。作者巧妙地引入了控制论、复杂适应系统等理论工具，来分析当前信息社会运行的底层逻辑。我发现，通过阅读这本书，我不再只是孤立地看待新闻里的各种技术突破，而是能将其置于一个更大的网络结构中去理解它们之间的相互作用和影响。书中的案例分析非常多元化，涵盖了从宏观的全球供应链优化到微观的算法决策优化等多个层面，展现了作者知识面的广度和深度。语言风格上，它显得非常冷静、客观，但字里行间又透露出对逻辑严谨性的极高要求，很少使用煽情或夸张的词汇，这反而增加了其说服力。对于希望提升自己分析复杂问题能力的职场人士或研究人员而言，这本书提供的思维框架是无价之宝，它教会你如何去“看清”事物背后的本质规律，而非仅仅停留在现象层面。

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这本书的文字功底实在令人惊叹，读起来就像在听一位经验极其丰富的大师娓娓道来，充满了智慧的沉淀和对行业深刻的洞察。我特别留意了其中关于商业模式创新的部分，作者并没有拘泥于传统的商业分析框架，而是结合了最新的市场案例，分析了数字经济时代下企业如何实现颠覆式增长。论述逻辑严密，层层递进，让人不得不佩服其深厚的理论素养和敏锐的商业嗅觉。比如，他对“平台生态系统”的构建和维护策略的分析，简直可以作为商学院的案例教材来使用。而且，这本书的视野非常宏大，它不仅仅关注技术本身，更关注技术如何重塑社会结构、文化观念乃至人类的生活方式。阅读过程中，我常常需要停下来思考许久，因为书中抛出的观点往往具有很强的启发性，迫使我跳出固有的思维定势。这绝不是一本可以快速翻阅的书，它需要你沉下心来细细品味，每一次重读都会有新的收获。对于那些追求深度思考和战略高度的读者，这本书无疑是提供了极佳的智力养料。

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说实话，我一开始对这类书籍抱持着一种“可能又是老生常谈”的心态，但这本书完全超出了我的预期。它在介绍理论框架时，做到了令人难以置信的细致和全面，简直就像一本详尽的技术手册，但又比手册多了几分人文关怀。书中对某一类特定技术（我指的是书中详细展开的那个领域）的演进历史梳理得非常清晰，从最初的概念萌芽到如今的成熟应用，每一个关键节点的突破和背后的科学原理都解释得非常到位。我感觉作者一定在这个领域深耕了多年，才能写出如此扎实的内容。更让我印象深刻的是，书中还穿插了许多有趣的“幕后故事”，比如某个重要理论是如何被提出、某个技术难题是如何被攻克的，这些轶事极大地增强了阅读的趣味性和代入感。它让我意识到，伟大的成就背后，往往是无数次的尝试、失败和坚持。对于那些希望系统性学习某个技术分支的初学者来说，这本书的知识密度和严谨度简直是无与伦比的宝藏。

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这本书给我带来的最大感受是那种扑面而来的“未来感”。它描绘了一个基于最新科技进步构建起来的社会图景，文字极富画面感，仿佛科幻小说一般引人入胜，但所有的推演又都建立在坚实的现实技术基础之上，这才是它最迷人的地方。作者的文笔非常流畅且充满激情，读起来让人热血沸腾，恨不得立刻投身到未来的创新浪潮中去。书中对“跨界融合”现象的探讨尤为出色，它展示了不同学科和技术领域是如何相互渗透、相互赋能，从而催生出全新的产业形态。我特别喜欢其中关于“用户体验设计”的那几个章节，作者强调了在追求技术先进性的同时，不能忘记以人为本的核心价值，这种平衡的视角非常成熟和人性化。这本书的整体叙事结构非常巧妙，总能在一个宏大的背景下，聚焦到一个具体而微小的创新点进行深度剖析，然后又迅速拉回到全局，这种张弛有度的节奏掌控，让阅读过程充满了探索的乐趣。

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这本书简直是科技迷的福音！我最近刚读完，感觉自己对这个领域的理解又上了一个新台阶。书里对各种前沿技术，比如人工智能、物联网以及5G通信的探讨非常深入，完全不是那种泛泛而谈的科普读物。作者在阐述复杂概念时，总能找到非常巧妙的比喻，让那些原本感觉高不可攀的专业术语变得生动起来，读起来完全没有枯燥感。特别是关于数据安全和隐私保护那几章，分析得极其透彻，让我开始重新审视自己日常使用电子设备的一些习惯。我尤其欣赏作者在批判性思维方面的引导，他不仅仅是告诉我们“是什么”，更重要的是引导我们思考“为什么会这样”以及“未来会怎样”。这本书的排版和插图设计也非常用心，很多图表清晰明了地展示了技术架构，大大加快了我的理解速度。对于想在这个快速变化的时代保持信息同步的读者来说，这绝对是一本不可多得的参考书，读完后感觉思路都开阔了许多，强烈推荐给所有对未来科技趋势感兴趣的朋友们。

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