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出版者:Springer-Verlag New York Inc

作者:Mao, Chengde (EDT)/ Yokomori, Takashi (EDT)

出品人:

页数:440

译者:

出版时间:2006-12

价格:678.00元

装帧:Pap

isbn号码:9783540490241

丛书系列:

图书标签:

• DNA计算
• DNA计算
• 生物计算
• 计算生物学
• 密码学
• 生物信息学
• 算法
• 计算机科学
• 交叉学科
• 新兴技术
• 纳米技术

好的，这里为您提供一本图书的详细简介，该书名为《量子纠缠与信息传输》，内容专注于量子力学在信息科学中的应用，与您提到的《DNA计算》主题完全无关。 --- 量子纠缠与信息传输 内容简介 本书深入探讨了量子力学领域中，特别是量子纠缠现象在现代信息科学与未来通信技术中的前沿应用与理论基础。全书结构严谨，内容涵盖从基础的量子力学原理到复杂的量子信息处理协议，旨在为物理学、计算机科学以及电子工程领域的研究者、教师和高年级学生提供一份详尽且具有前瞻性的参考读物。 第一部分：量子信息学的理论基石 本书的第一部分奠定了理解量子信息科学所需的数学和物理基础。我们首先回顾了经典信息论的基本框架，如香农熵和信道容量的概念，随后引入量子力学的基本公设，重点阐述了希尔伯特空间、量子态的数学描述（狄拉克符号），以及密度算符在处理开放量子系统时的重要性。 量子比特（Qubit）与量子态的演化是本部分的核心。我们详细分析了单比特和多比特系统的状态空间，并引入了泡利矩阵和酉变换作为描述量子门操作的工具。特别地，本书用了相当篇幅解析了薛定谔方程在线性系统演化中的作用，并探讨了量子系统在与环境相互作用时如何不可避免地经历退相干（Decoherence）过程，这是构建稳定量子技术面临的最大挑战之一。 第二部分：纠缠的本质与测量 第二部分专注于信息科学中最具革命性的资源——量子纠缠。我们从爱因斯坦、波多尔斯基和罗森（EPR）的佯谬出发，探讨了定域实在论的局限性，并引入了贝尔不等式作为区分经典关联与量子纠缠的实验判据。 本书详细介绍了描述纠缠程度的量化指标，如纠缠熵和纠缠保真度。在数学工具上，我们聚焦于奇异值分解（SVD）在线性代数中如何转化为对多体系统波函数的“纠缠切片”，从而精确量化子系统间的关联强度。此外，我们还探讨了纠缠的非经典特性，包括其不可克隆性（No-Cloning Theorem）的深远影响，以及如何利用纠缠态作为资源进行信息传输和计算。 第三部分：量子信息传输与密码学 本部分将理论与实际应用紧密结合，聚焦于如何利用量子资源进行安全可靠的信息传输。 量子密钥分发（QKD）是本部分的核心内容。我们深入解析了BB84协议的设计原理，阐明了其安全性根植于量子力学的基本定律，而非计算复杂性。随后，本书对比了基于相位编码和偏振编码的不同QKD方案，并探讨了Ekert91协议中利用贝尔不等式进行实时安全验证的优势。同时，书中也讨论了QKD在实际部署中可能面临的现实漏洞，例如侧信道攻击（Side-Channel Attacks）以及如何通过更高阶的协议（如MDI-QKD）来克服这些限制。 量子隐形传态（Quantum Teleportation）作为信息传输的里程碑，被给予了详细的推导和分析。我们清晰地展示了如何通过一个预先共享的纠缠对和经典通信的辅助，实现量子态的无损传输，同时强调了该过程并非信息超光速传递。 第四部分：量子计算的架构与算法 虽然本书的重点是信息传输，但理解量子计算的基本模型是不可或缺的背景。本部分简要介绍了量子计算的模型，特别是电路模型。 我们详细分析了Shor算法和Grover算法背后的核心思想，解释了它们如何利用量子叠加和干涉效应实现对经典算法的指数级或平方级加速。在硬件实现层面，本书概述了当前主流的物理平台，如超导电路、囚禁离子、拓扑量子比特等，并讨论了它们在实现高保真量子门操作和提高相干时间方面所面临的工程挑战。 第五部分：前沿挑战与展望 本书的最后一部分展望了量子信息科学的未来方向。我们探讨了容错量子计算（Fault-Tolerant Quantum Computation）的重要性，介绍了表面码（Surface Codes）等主要的量子纠错方案，这些方案是构建大规模、实用化量子计算机的必要条件。 此外，我们还讨论了量子网络（Quantum Networks）和量子互联网（Quantum Internet）的概念，重点分析了量子中继器（Quantum Repeaters）的设计原理，这是实现远距离、高保真量子态传输的关键技术。本书以对量子优势（Quantum Supremacy）和未来信息时代影响的深刻见解作结，引导读者思考量子技术在基础科学、密码安全和高性能计算等领域将带来的范式转变。 目标读者： 本书适合具有扎实的线性代数和基础物理知识的读者。对于希望深入了解量子信息传输、纠缠理论以及量子密码学的高年级本科生、研究生以及相关领域的研究人员，本书提供了必要的深度和广度。 --- 本书特色： 严谨的数学推导： 提供了关键定理和协议的完整数学证明。 清晰的物理图像： 结合了大量的图示和类比，帮助读者理解抽象的量子现象。 前瞻性视角： 侧重于量子纠缠在信息传输中的实际应用，而非停留在纯理论探讨。 全面的覆盖： 整合了量子密钥分发、隐形传态和量子纠错等核心领域。

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这本书的插图和图表设计同样值得称赞，它们绝非可有可无的装饰，而是真正起到了解释复杂概念的关键辅助工具。那些流程图和结构示意图，精准地捕捉到了分子层面的动态变化，将那些抽象的、肉眼不可见的反应过程可视化了。我尤其欣赏作者在引用外部研究时的审慎态度，他总能找到最恰当的图示来佐证自己的观点，使得读者在遇到技术细节的难点时，能够立刻找到视觉上的锚点。这种对细节的极致追求，使得即便是对于高度专业化的概念，读者也能通过图文并茂的配合，迅速建立起清晰的认知模型。这本书的排版和用纸质量也体现出出版方对知识的尊重，拿在手中翻阅，本身就是一种享受，它提供了一种沉浸式的、高质量的学术体验，是那些只关注快餐式阅读的人群所无法体会的深层价值所在。

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坦白说，我原本以为这会是一本读起来需要不断查阅专业词典的艰深著作，但作者的文字功力彻底颠覆了我的预设。他似乎拥有一种天赋，可以将那些极其复杂的算法和分子动力学过程，转化成可以被大众直观理解的画面感。我最喜欢的是其中关于“自组装与计算”的部分，它不仅仅是在描述一种技术，更像是在探讨生命本身的创造力。书中那些丰富的案例研究，特别是提及一些前沿的实验设计，都展现出作者扎实的学术背景和敏锐的洞察力。文字流畅得如同高山流水，读起来让人心旷神怡，每读完一个章节，都感觉自己的思维边界被拓宽了一截。这种阅读体验是极其罕见的，它不像是在学习知识，更像是在参与一场思想的探险。作者在论证过程中展现出的那种严谨而不失幽默的笔触，让人在被信息量“轰炸”的同时，还能保持一种轻松愉悦的心情，实在是高明。

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这本书的结构编排简直是教科书级别的范本，逻辑链条清晰得令人拍案叫绝。从宏观的理论基础到微观的分子实现，再到未来的应用展望，每一步的过渡都处理得天衣无缝，没有丝毫的拖沓或跳跃感。我特别留意了作者如何处理“潜在的局限性与挑战”这一节，他没有避重就轻，而是坦诚地剖析了当前技术面临的稳定性、可扩展性等核心难题，这让整本书的论述显得更加客观和可信。这种平衡的视角，对于任何想要深入了解该领域的读者来说，都是至关重要的。与市面上一些只顾渲染前景的浮夸书籍相比，这本书的脚踏实地的态度令人敬佩。它就像一位经验丰富的向导，不仅带领你领略了壮丽的风景，还清楚地指出了前方可能遇到的暗礁和陡坡，这才是真正的负责任的知识传递。

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这本书的封面设计简直是艺术品，那种深邃的蓝与跳跃的绿交织出的复杂纹理，让人一眼就能感受到其中蕴含的巨大信息量。我拿到手的时候，那种厚重感就让我对接下来的阅读充满了期待。初翻几页，作者的叙事节奏就牢牢抓住了我的注意力，他没有急于抛出那些晦涩的专业术语，而是像一位经验老到的博物学家，循序渐进地为我们铺陈开一个全新的认知维度。我尤其欣赏他对基础原理阐述的细腻程度，即便是对计算科学或生物学只有泛泛了解的读者，也能构建起一个相对稳固的理解框架。他巧妙地将看似不相关的两个领域——生命的蓝图和信息处理的逻辑——用一种近乎诗意的语言连接起来，读起来完全没有那种枯燥的教科书味儿。那种仿佛置身于一个由生命分子构筑的超级计算机内部的奇妙体验，贯穿了整本书的阅读过程。特别是关于分子机器如何模拟逻辑门的章节，作者的描述极其生动，仿佛能看到那些寡核苷酸链在溶液中精准地完成加减乘除运算，那种微观世界的精密与宏大计算能力的结合，带来的震撼是难以言喻的。

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读完这本书，我最大的感受是思维方式的重塑。它迫使我跳出传统的硅基计算的窠臼，去重新审视信息处理的本质。作者在探讨如何利用生物过程进行并行计算时，其描述的深度和广度，着实让我感到震撼。他不仅介绍了那些已有的框架，更启发读者去思考那些尚未被开发的、潜藏在生命体内的计算潜能。那些关于信息编码、错误校正以及大规模数据存储的章节，简直是灵感爆发的源泉。我甚至可以想象到，在不久的将来，我们看待生物技术和信息技术的方式，都会因为这本书的出现而产生微妙的、但却是根本性的偏移。这种引导读者进行深层次哲学思辨的能力，是真正优秀科普读物所具备的特质。

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