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出版者:中国电力

作者:方舒燕

出品人:

页数:216

译者:

出版时间:2007-8

价格:22.00元

装帧:

isbn号码:9787508358253

丛书系列:

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• 电路设计
• 高等教育

好的，以下是一份关于《量子计算与信息论》的图书简介，字数约1500字，旨在深入探讨量子计算的核心原理、前沿进展以及其与信息科学的交叉领域。 --- 《量子计算与信息论：从理论基石到前沿应用》 导言：超越经典极限的计算范式 在信息技术飞速发展的今天，我们正面临经典计算架构的物理极限。摩尔定律的减缓、冯·诺依曼瓶颈的显现，以及对指数级复杂问题求解的需求，驱动着科学界将目光投向了微观世界的奇特规律——量子力学。本书《量子计算与信息论》正是为系统介绍这一颠覆性技术领域而编写的权威性著作。它不仅是一本面向高年级本科生、研究生和研究人员的教材，更是一部深入浅出、覆盖面广的参考手册，旨在揭示量子世界如何重塑我们对信息、计算和加密的理解。 本书的核心目标是建立读者对量子计算物理基础、数学框架、关键算法以及未来应用潜力的全面认知。我们将从信息论的经典视角出发，逐步过渡到量子信息论的独特世界，最终探讨如何将这些理论转化为可操作的计算硬件和革命性的应用程序。 第一部分：量子力学的基石与信息论的桥梁 本部分致力于为读者搭建理解量子计算所需的理论基础。我们不回避量子力学的基本假设，但会以计算和信息处理的视角来阐述它们。 1. 量子力学的计算视角重述 我们将从经典的比特（Bit）出发，引入量子比特（Qubit）的概念。重点阐述叠加态（Superposition）和纠缠（Entanglement）这两个核心的量子现象。通过狄拉克符号（Bra-ket notation）系统地描述量子态的数学表示，并引入布洛赫球（Bloch Sphere）作为可视化工具，帮助读者直观理解单量子比特的态空间。 2. 量子门与酉变换 经典计算由逻辑门（如AND, OR, NOT）构建，而量子计算则依赖于酉矩阵（Unitary Matrices）构成的量子门。本书详细解析了基本的单比特门（如泡利门 $X, Y, Z$，Hadamard门 $H$）和多比特门（如CNOT门、Toffoli门）。我们强调酉变换的可逆性及其在量子电路设计中的核心地位。特别地，我们将探讨通用量子门集的完备性，证明只需有限几个基本门即可实现任意酉变换。 3. 量子信息论的开端 从经典信息论（香农熵）过渡到量子信息论。我们引入冯·诺依曼熵（Von Neumann Entropy）来量化量子态的混合程度。本书深入分析了纯态与混合态的区别，并详细探讨了量子信道（Quantum Channel）的概念，为后续理解量子通信和纠错打下基础。 第二部分：量子算法的魔力与复杂度理论 一旦掌握了量子力学的语言和基本操作，便可以探索那些在经典计算机上无法有效实现的计算范式。这一部分是本书的重中之重，聚焦于量子算法的设计原理和它们带来的指数级加速。 4. 量子并行性与搜索加速 本章系统讲解了如何利用量子态的叠加性实现量子并行性。在此基础上，我们详细剖析了Grover搜索算法。本书不仅展示了算法的构造步骤和酉操作序列，更精确地分析了其平方级的加速优势，并讨论了该算法在数据库搜索、优化问题中的实际意义。 5. 量子傅里叶变换（QFT）与因子分解 量子傅里叶变换（QFT）被誉为量子计算中最关键的子程序之一。我们将从经典DFT出发，推导出QFT的酉矩阵表示，并分析其指数级的计算效率提升。随后，我们将引出Shor因子分解算法。本书将Shor算法分解为几个易于理解的步骤：约化为周期寻找问题、利用QFT高效求解周期，并讨论其对现有公钥密码体系（如RSA）的颠覆性影响。 6. 量子模拟与复杂性理论 本书还涵盖了量子计算在模拟物理系统方面的潜力。我们将介绍变分量子本征求解器（VQE）等混合量子-经典算法的初步概念，这些算法在化学、材料科学中具有即时应用价值。 在理论复杂度方面，我们对比了经典复杂度类（P, NP）与量子复杂度类（BQP）。通过分析哪些问题在BQP类中，我们确立了量子计算的理论能力边界，并讨论了量子霸权（Quantum Supremacy）的科学意义。 第三部分：硬件实现、纠错与前沿挑战 理论的实现需要强大的硬件支撑，而量子系统的脆弱性则催生了复杂的纠错机制。本部分关注当前研究的最前沿。 7. 量子硬件的物理平台 我们对主流的量子硬件实现路径进行了详尽的综述： 超导电路（Superconducting Circuits）： 重点分析Transmon Qubit的原理、退相干（Decoherence）问题及读出机制。 离子阱（Trapped Ions）： 讨论其高保真度的优势，以及多体操作的挑战。 光量子（Photonic Quantum Computing）： 探讨基于线性光学元件的实现方式，以及玻色子采样等特定应用的潜力。 本书强调，所有这些平台都在努力克服退相干和操作保真度这两大核心工程难题。 8. 量子纠错码与容错计算 量子态的易损性使得量子纠错（Quantum Error Correction, QEC）成为构建大规模容错量子计算机（Fault-Tolerant Quantum Computer, FTQC）的必要条件。我们将深入讲解Shor码和表面码（Surface Code）的原理。重点解释如何利用稳定子（Stabilizer）概念来检测错误而无需测量信息比特本身，从而维持量子态的相干性。 9. 结论与未来展望 本书最后一部分展望了量子计算的未来图景。我们将探讨量子机器学习（QML）、量子优化以及量子密码学（Quantum Cryptography）中的量子密钥分发（QKD）等应用领域。我们不仅描绘了技术突破的可能性，也诚恳地指出了当前从NISQ（噪声中等规模量子）时代迈向FTQC时代的巨大挑战和路线图。 总结 《量子计算与信息论》是一部结构严谨、内容前沿的综合性著作。它成功地在严谨的数学推导与直观的物理图像之间架起了一座坚实的桥梁。通过系统学习本书，读者将能够： 1. 精通描述和操作量子系统的基本数学工具。 2. 理解Shor和Grover等核心量子算法的内在机制。 3. 评估当前不同硬件平台的优劣及其工程挑战。 4. 为未来在量子信息科学的任何交叉领域进行深入研究做好准备。 本书不仅为进入量子计算领域的学生提供了坚实的起点，也为希望跟踪这一革命性技术发展的工程师和研究人员提供了必要的深度和广度。

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这本关于电磁场与波的经典著作，简直是一次对物理世界基本规律的哲学思辨。作者的叙述充满了古典物理学的严谨美感。不同于许多只注重公式推导的书籍，它花费了大量的篇幅来阐述矢量分析在电磁学中的几何意义，比如梯度、散度和旋度的物理图像，这极大地帮助我建立了对电场和磁场分布的直观感觉。麦克斯韦方程组的每一项的物理含义，都被放在了宏观和微观的背景下进行深入解读，使得这四条看似孤立的定律，最终汇聚成了统一的电磁波理论。我特别喜欢其中关于波导传输特性的章节，它没有简单地给出截止频率的公式，而是通过求解亥姆霍兹方程在不同边界条件下的特征值问题，完美地解释了TE、TM模式的产生机理。阅读这本书就像是在攀登一座知识的高峰，虽然过程充满挑战，但登顶后俯瞰整个电磁现象的广袤图景，那种成就感是无与伦比的。

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这本关于数字逻辑设计的书简直是电路迷的福音！从最基础的布尔代数讲起，作者的叙述方式深入浅出，即便是初次接触这方面知识的读者也能迅速抓住重点。书中对CMOS反相器的详细剖析，让我对现代集成电路的工作原理有了全新的认识。特别是它对时序逻辑电路的讲解，那种把复杂的时序图和状态机描述得井井有条的功力，真的让人拍案叫绝。我记得有一章专门讲了锁存器和触发器的设计与应用，图文并茂，每一个逻辑门的组合和功能变化都清晰可见，简直可以当做工具书来查阅。而且，书中不仅仅停留在理论层面，还穿插了不少实际的例子，比如如何用组合逻辑实现一个简单的加法器，或者如何构建一个计数器，这些实践性的内容极大地增强了学习的趣味性和实用性，让我感觉手中的知识真正可以转化为解决实际问题的能力。作者的表达非常精准，没有那种故弄玄虚的行话，而是用最直观的语言构建起整个数字世界的骨架。

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我得说，这本关于电力电子系统控制的书籍，在理论深度上达到了一个令人敬佩的高度。它对于开关电源拓扑结构的分类和分析，远超出了我之前接触过的任何教材。书中对PWM调制策略的数学推导严谨且详尽，尤其是在分析不同调制方式下谐波含量的章节，那些傅里叶级数和拉普拉斯变换的运用，看得我直冒冷汗，但最终豁然开朗。对于那些致力于高效率电机驱动和电能质量提升的研究者来说，这本书的价值是无可估量的。它没有回避那些高深的数学工具，而是把它们作为理解物理现象的钥匙。比如，它对串联/并联逆变器的小信号建模，让我清晰地看到了如何用线性化的模型去预测系统在动态过程中的响应，这对于设计鲁棒的反馈控制器至关重要。我几乎是逐字逐句地啃完了关于开关器件损耗模型的那部分，作者对不同导通和关断机制下的能量耗散分析得入木三分，直接关系到实际工程设计中的散热考量。

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如果说前几本都是关于“硬核”技术的，那这本系统可靠性分析的书籍则像是一剂让人保持清醒的良药。它关注的不是电路如何工作，而是电路“为什么会坏”以及“如何保证它不坏”。书中介绍的FMEA（故障模式与影响分析）和FTA（故障树分析）方法论，提供了一套完整的、可量化的工具来评估复杂系统的脆弱性。我尤其欣赏它对可靠性指标的定义，比如MTBF（平均故障间隔时间）和失效率函数，这些不仅仅是枯燥的参数，更是指导我们进行冗余设计和维护计划的关键。它通过大量的实际案例——从航天系统到医疗设备——展示了如何系统性地识别潜在的失效路径，并据此提出改进措施。书中对于泊松过程和指数分布在随机失效模型中的应用讲解得非常透彻，让我明白了随机性在工程决策中的地位。这本书教会我的最重要的一点是：设计一个能运行的系统是工程，设计一个能长期可靠运行的系统才是艺术。

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翻开这本微机接口技术教材，我立刻被它对底层硬件操作的痴迷所吸引。这本书的精髓不在于介绍多么花哨的新技术，而在于对经典总线架构（如ISA、PCI）的彻底解构。它花了大量的篇幅讲解中断机制，从硬件引脚的电平变化到软件中的中断服务程序（ISR）的执行流程，描绘得一清二楚。我对它讲解的I/O寻址方式印象深刻，端口映射和存储器映射这两种方式的异同，通过具体的汇编代码示例展示出来，让抽象的概念瞬间具象化了。而且，书中对数据传输协议的描述，那种对时序图的精确把握，仿佛能让我听到CPU和外设之间数据交换的“嘀嗒”声。特别是关于DMA（直接内存访问）控制器的解析，简直是教科书级别的范例，它如何绕过CPU进行高速数据搬运的原理，被分解成了几个清晰的步骤。这本书的风格是极其务实和工程导向的，每当你对某个寄存器的某个位的功能感到困惑时，翻到相应章节，答案总是简洁而有力地摆在那里。

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