An Introduction to Quantum Computing pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Oxford University Press

作者:Phillip Kaye

出品人:

页数:288

译者:

出版时间:2007-1-18

价格:USD 65.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780198570493

丛书系列:

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探索计算的未来：量子信息与高级算法 内容简介： 本书并非聚焦于量子计算的入门介绍，而是深入探究量子信息理论的深层结构、前沿算法的数学基础，以及构建未来计算范式的关键技术。本书旨在为已经掌握基础量子力学概念和经典计算理论的读者提供一条通往高级量子信息科学的阶梯。我们将从信息论的视角重新审视量子系统，并探讨如何利用量子叠加态和纠缠来解决经典计算难以企及的问题。 第一部分：量子信息论的数学基石 本部分将建立理解高级量子计算所需的严密数学框架。我们将超越简单的量子门操作，深入研究量子态的几何表示，特别是密度矩阵理论在描述混合态和开放量子系统中的核心作用。 1. 希尔伯特空间的高级结构与张量积： 详细阐述多体系统的张量积结构，包括如何用狄拉克符号和矩阵表示来处理多量子比特系统的复杂状态。重点讨论如何识别和操作可分离态（Separable States）与纠缠态（Entangled States），以及引入冯·诺依曼熵（Von Neumann Entropy）作为衡量量子系统内在不确定性和纠缠程度的量度。 2. 量子信息度量与不可压缩性： 深入探讨量子信息的不同度量标准，如量子失相干时间（Decoherence Time）与保真度（Fidelity）。我们将分析量子信道（Quantum Channels）的数学模型，引入超级算子（Superoperators）的概念来描述信息在噪声环境下的演化，并详细研究量子信息无损传输定理的严格证明，以及它对量子密码学的意义。 3. 量子纠错码的代数基础： 介绍如何利用群论和有限域（Finite Fields）来构建强大的纠错码。重点剖析稳定子码（Stabilizer Codes）的构造原理，包括Shor码和CSS码（Calderbank-Shor-Steane Codes）。深入分析表面码（Surface Codes）的拓扑保护机制，及其在实现容错量子计算（Fault-Tolerant Quantum Computing, FTQC）中的关键地位。讨论阈值定理（Threshold Theorem）的含义及其对实际硬件的要求。 第二部分：前沿量子算法的理论构建 本部分将聚焦于现有及新兴量子算法的内在优化和复杂度分析，侧重于算法背后的深刻数学洞察力，而非简单的电路图示。 1. 格子难题与量子近似优化算法（QAOA）： 我们将从组合优化的视角切入，详细分析无向图的最大割问题（Max-Cut）等NP难问题。重点研究QAOA的迭代哈密顿量构建过程，并探讨如何通过调整混合参数来最大化近似比。引入特征值问题的量子算法求解框架，并对比变分量子本征求解器（VQE）与经典迭代方法的收敛性差异。 2. 量子傅里叶变换（QFT）与相位估计： 深入解析QFT在量子相位估计算法（QPE）中的核心作用。这部分将详细阐述QPE如何高效地提取酉算子的本征值，并将其与大数分解（Shor算法）及线性方程组求解（HHL算法）的加速机制联系起来。我们将进行严格的时间复杂度分析，精确量化相对于经典算法的指数或多项式加速潜力。 3. 量子模拟的拉格朗日与哈密顿量方法： 探讨量子计算机在模拟复杂物理系统中的应用。我们将从量子场论的角度出发，介绍如何通过Trotter-Suzuki分解将连续时间演化转化为可执行的离散量子门序列。重点关注如何将费米子或玻色子系统映射到量子比特模型上，并分析不同映射方案（如Jordan-Wigner变换）对模拟效率的影响。 第三部分：量子硬件的物理学与工程挑战 本部分转向前沿量子计算架构的物理基础，重点讨论实现大规模、高保真度量子计算所需克服的工程与基础物理学难题。 1. 超导电路与拓扑量子比特： 深入解析超导量子比特（如Transmon）的微波控制机制，包括拉比振荡的精确调控和门操作的串扰（Crosstalk）问题。随后，本书将详细介绍拓扑量子比特的理论基础，聚焦于任意子（Anyons）的非阿贝尔统计特性，以及它们如何提供对局部噪声的内在免疫力，这是实现容错计算的关键物理路径。 2. 离子阱与光子系统的连接性： 分析基于囚禁离子（Trapped Ions）的架构，探讨Mølmer-Sørensen门的物理实现原理及其高保真度特性。针对光子量子计算，我们将讨论线性光学量子计算（LOQC）的局限性，并深入研究如何通过玻色子采样（Boson Sampling）问题来展现量子优越性，以及构建可大规模扩展的光子集成电路面临的挑战。 3. 量子-经典接口与编译优化： 最后，本书讨论如何将理论算法高效地转化为可执行的硬件指令。这包括量子电路的优化编译，例如如何最小化所需量子门的深度和数量（门集约化），以及如何在有限的量子相干时间内高效地集成经典后处理和反馈回路，以支持动态电路执行和错误缓解策略。 本书适合已具备扎实的线性代数和基础物理知识的研究生、研究人员以及希望深入理解量子计算核心机制的专业工程师阅读。它提供了一个从信息论、算法设计到物理实现的全面、深入的视角，是进入量子信息科学前沿研究领域的必备参考。

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坦白说，在遇到这本书之前，量子计算对我来说就像是一个高悬在天上的概念，神秘而难以捉摸。然而，这本书的出现，就像是为我打开了一扇通往量子世界的大门，让我能够以一种更加直观和易懂的方式去理解它。作者在讲解量子比特的叠加和纠缠时，所使用的那些精妙的比喻，真的让我眼前一亮。我曾经在其他地方尝试理解这些概念，但总是觉得模糊不清，而这本书的讲解，就像是在黑暗中点燃了一束火把，让我能够清晰地看到量子态的演变过程。书中的量子门操作的讲解也做得非常出色，我能够清晰地理解每个量子门是如何作用于量子比特，以及如何通过组合这些门来构建复杂的量子算法。我特别喜欢书中对Grover搜索算法的分析，作者通过详细的步骤，展示了量子计算机如何在海量数据中快速找到目标，这种效率的提升让我惊叹不已。此外，书中还涉及了量子纠错、量子通信等前沿领域，这些内容不仅让我对量子计算有了更全面的认识，也激发了我对未来科技发展的无限想象。这本书的语言流畅，逻辑清晰，让我能够在一个连贯的思维模式下学习和吸收知识。我迫不及待地想继续深入，探索这本书中更复杂的量子算法和它们在各个领域的应用，这本书无疑是我量子计算学习之旅上的一个重要里程碑。

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我必须说，这本书是我迄今为止读过的关于量子计算方面最引人入胜的读物之一。作者的写作风格非常独特，他能够将那些看似艰涩的物理概念，用一种富有洞察力且极具吸引力的方式呈现出来。从量子比特的基本性质，到它们如何通过量子门进行操作，再到如何构建复杂的量子算法，作者都进行了详尽而深入的阐述。我尤其喜欢书中对于量子纠缠的描述，那种“爱因斯坦所谓的‘鬼魅般的超距作用’”，在作者的笔下，不再是令人望而生畏的哲学命题，而是量子计算强大能力的源泉。他用非常直观的例子，让我理解了量子比特之间那种超越经典信息传递的独特关联。书中关于量子搜索算法（Grover's Algorithm）的讲解，让我对如何利用量子特性来加速搜索过程有了清晰的认识，那种“平方根加速”的优势，即便是我这样一个初学者，也能感受到其颠覆性的力量。此外，书中还探讨了量子计算机的硬件实现挑战，以及它们在密码学、药物发现、材料科学等领域的潜在应用，这些内容让我对量子计算的未来充满了期待。这本书的叙述逻辑非常清晰，结构完整，让我能够在一个连贯的思维框架下学习和理解量子计算的知识。每一次阅读，我都能发现新的亮点，无论是对某个概念的更深入理解，还是对某个算法的全新认识，这本书都给了我极大的启发。

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这本书的阅读体验，就像是在探索一个充满未知的宇宙，每一次翻页都可能带来新的发现和惊喜。作者以一种非常系统和严谨的方式，带领读者逐步走进量子计算的奇妙世界。我曾经对量子力学的数学描述感到头疼，但这本书通过巧妙的类比和清晰的图示，将量子比特的叠加态、量子纠缠等概念解释得淋漓尽致。我印象最深刻的是，作者在讲解量子门操作时，不仅仅给出了矩阵的表示，更重要的是解释了这些操作在量子态演变过程中的直观含义，这使得我对量子线路的构建有了更深刻的理解。书中对Shor算法和Grover算法的详细解析，让我惊叹于量子计算机在特定问题上的超凡能力。特别是Shor算法在破解现有加密体系上的潜力，以及Grover算法在搜索问题上的效率提升，这些都让我对量子计算的实际应用前景充满了无限的遐想。这本书的结构设计也非常合理，它从最基础的量子力学原理讲起，逐步深入到量子算法的设计与分析，最后还探讨了量子计算机的硬件实现和未来发展趋势。我特别喜欢作者在书中对量子计算的伦理和社会影响的探讨，这让我意识到，在拥抱这项颠覆性技术的同时，我们也需要深思熟虑其可能带来的影响。这本书无疑是我学习量子计算的宝贵财富，它不仅传授了知识，更激发了我对这个前沿领域的好奇心和探索欲。

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从一位对量子计算充满好奇但了解甚少的读者角度来看，这本书无疑是我的启蒙之作。作者以一种极其平易近人的方式，将那些看似高深的量子力学原理，化为易于理解的知识。我曾经在尝试理解量子比特的叠加态时感到非常困惑，但这本书通过生动的类比，比如将量子比特比作一个可以同时指向多个方向的箭头，让我能够直观地感受到这种超乎寻常的特性。书中对量子纠缠的讲解同样令人印象深刻，作者描绘了两个纠缠的粒子，无论相距多远，它们的状态总是紧密相连，这种“鬼魅般的超距作用”在作者的阐述下，不再是抽象的哲学讨论，而是量子计算强大能力的重要组成部分。我尤其喜欢书中对量子算法的解析，比如Grover搜索算法，作者通过逐步的分解和演示，让我能够理解量子计算机是如何通过加速搜索来解决问题的，这种效率的飞跃令人惊叹。书中还对量子计算的硬件实现、潜在应用领域以及发展趋势进行了展望，这些内容极大地拓宽了我的视野，让我对量子计算的未来充满期待。这本书的叙述风格非常流畅，逻辑清晰，结构完整，让我能够在短时间内掌握量子计算的核心概念和基本原理。我非常满意这本书为我打开了量子计算世界的大门，并激励我继续深入探索这个充满潜力的领域。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的评价，可以用“茅塞顿开”来形容。在我开始阅读之前，量子计算对我而言，更多的是停留在科幻电影中的想象，或者是新闻报道中的只言片语，感觉它离我非常遥远。然而，这本书以一种极其系统和深入浅出的方式，为我揭示了量子计算的神秘面纱。作者在讲解量子比特的叠加态时，所使用的类比非常贴切，让我能够从直观上理解一个量子比特可以同时处于0和1的状态，这为后续的量子并行计算打下了基础。我尤其赞赏书中对量子纠缠的阐述，那种“量子比特之间无法分割的联系”，在作者的笔下变得生动而深刻，让我明白了量子纠缠是如何赋予量子计算机强大计算能力的。书中关于量子门操作的讲解也做得非常细致，我能够清晰地理解如何通过一系列量子门来执行特定的量子计算任务，并且能够构建出复杂的量子线路。我非常喜欢书中对Shor算法的分析，它揭示了量子计算机在破解现代密码体系方面的巨大潜力，这让我对未来的信息安全领域产生了新的思考。这本书的结构设计非常合理，从基础概念到复杂算法，再到未来的应用前景，都进行了详尽的阐述，让我能够在一个完整的知识体系中学习。我迫不及待地想通过这本书，深入了解量子计算的更多奥秘，并探索它在各个领域的实际应用，这本书无疑是我的不二之选。

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这本书的到来，彻底改变了我对量子计算的认知。在此之前，我仅有的了解，不过是些零散的信息，感觉像是隔着一层窗户纸，模糊不清。而这本书，却像是一把钥匙，瞬间为我打开了通往量子世界的大门。作者在开篇就为我们勾勒出了量子计算的宏大愿景，它不仅仅是一种新的计算方式，更可能是一场颠覆性的技术革命。书中对于量子比特的叠加和纠缠的解释，是我最为欣赏的部分。作者没有直接堆砌复杂的数学公式，而是通过一系列精心设计的类比，比如将量子比特比作一枚在空中旋转的硬币，可以在落地前同时呈现正面和反面，这种直观的描述，极大地降低了理解门槛。我特别喜欢作者在讲解量子算法时，那种由浅入深的思路，从最基础的量子逻辑门，到构建复杂的量子线路，再到解析著名的量子算法，每一步都衔接得天衣无缝。例如，书中对Deutsch-Jozsa算法的讲解，让我明白了量子计算是如何通过并行性来高效地解决特定问题的，这种“量子加速”的魅力，让我为之着迷。此外，书中还深入探讨了量子计算机的硬件实现技术，以及量子计算在密码学、药物发现、材料科学等领域的广泛应用前景，这些内容都让我对未来充满了无限的遐想。这本书的写作风格严谨而不失趣味，结构清晰，语言流畅，无疑是学习量子计算的绝佳读物，它不仅传授了知识，更点燃了我对这个前沿领域探索的热情。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容深度和广度都让我印象深刻，它以一种非常系统化的方式，将量子计算这个复杂的主题呈现在我面前。作者在讲解量子力学的基本原理时，并没有回避其抽象性，但却通过精妙的类比和直观的图示，将量子叠加、量子纠缠等核心概念解释得清晰易懂。我曾经对量子比特的叠加态感到非常困惑，但这本书的讲解，让我能够想象出无数个量子比特同时处于0和1的叠加状态，这为后续的量子并行计算奠定了基础。书中的量子门操作部分，也做得非常出色，作者详细介绍了各种量子门的数学表示和它们在量子线路中的作用，并解释了如何将这些基本门组合起来实现更复杂的量子计算任务。我特别赞赏作者在介绍量子算法时，那种由浅入深、循序渐进的讲解方式，比如在讲解Deutsch-Jozsa算法时，作者一步步展示了如何利用量子并行性来高效地解决特定问题，这让我对量子计算的优势有了更深刻的理解。此外，书中关于量子信息和量子通信的部分，也让我大开眼界，特别是量子密钥分发（QKD）的原理，它为构建安全的通信系统提供了全新的思路。这本书不仅适合初学者入门，也为有一定基础的读者提供了深入探索的空间。我非常喜欢作者在书中提出的关于量子计算未来发展趋势的展望，这让我对接下来的学习和研究方向有了更清晰的规划。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直就是我一直以来都在寻找的那束光，照亮了量子计算这个对我而言曾经如同迷雾般晦涩的领域。从翻开第一页的那一刻起，我就被作者那清晰、逻辑严谨的叙述方式深深吸引。那些看似深奥的量子比特（qubit）概念，在作者的笔下变得生动形象，甚至让我能感受到它们在叠加态中微妙的波动，以及在测量时那种令人着迷的坍缩。书中对于量子纠缠的阐述尤其让我拍案叫绝，那种“鬼魅般的超距作用”不再是理论上的抽象描述，而是通过一系列精心设计的类比和解释，让我仿佛亲眼目睹了两个粒子之间那无法割裂的神秘联系，即使相隔万里，一个粒子的状态改变也会瞬间影响另一个。我尤其喜欢作者在讲解量子门操作时，那种循序渐进的引导，从最基础的Hadamard门到更复杂的CNOT门，每一步都仿佛在为构建复杂的量子算法打下坚实的基础。书中的图示也恰到好处，那些矢量的变化、矩阵的运算，都通过可视化的方式呈现出来，极大地减轻了理解的难度。我已经迫不及待地想深入探索书中关于量子算法的部分，比如Shor算法和Grover算法，它们在加密和搜索领域的强大潜力，让我对未来科技的发展充满了无限的遐想。这本书不仅仅是一本教材，更像是一位耐心细致的向导，带领我一步步走进量子世界的奇妙殿堂，每一次阅读都收获满满，让我对这个前沿领域充满了敬畏与好奇。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感受，就像是在一个陌生的城市里，遇到了一位经验丰富的向导，他不仅熟悉这里的每一条街道，更能精准地告诉你哪里有最美的风景，最值得探索的角落。作者在开篇就为我们勾勒出了量子计算的宏伟蓝图，它不仅仅是一种新的计算模式，更是一种可能颠覆我们现有认知和技术的革命。在讲解量子比特的特性时，作者并没有陷入枯燥的数学推导，而是通过生动的语言和恰如其当的类比，让我们理解了量子叠加和量子纠缠的不可思议之处。我印象最深刻的是书中关于量子算法的部分，作者详细解析了几个经典的量子算法，比如用于因子分解的Shor算法，以及用于搜索的Grover算法。他不仅仅给出了算法的步骤，更深入地分析了这些算法为何能比经典算法拥有指数级的优势，以及它们在现实世界中可能带来的巨大影响。我特别喜欢作者在讲解量子纠错码时，那种严谨而清晰的思路，它让我明白了为何量子计算机在处理复杂问题时，能够保持信息的稳定性和准确性。书中的练习题也很有启发性，它们能够帮助我巩固所学的知识，并尝试将这些理论应用到实际的计算场景中。这本书的排版设计也十分精美，图文并茂，阅读起来非常舒适。我非常期待能够通过这本书，深入掌握量子计算的原理，并探索它在药物研发、材料科学、人工智能等领域的应用潜力，这本书无疑是我的不二之选。

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说实话，在拿到这本书之前，我对量子计算的认知仅限于一些科幻小说中的模糊概念，感觉它遥不可及，充满了神秘色彩。然而，这本书彻底改变了我的看法。作者以一种极其平易近人的方式，从最基础的物理原理讲起，逐步深入到量子计算的核心概念。我特别赞赏作者在解释量子叠加和量子纠缠时所采用的类比，它们非常贴切，能够帮助我这个非物理专业背景的读者快速抓住精髓。书中关于量子比特的表示法，以及它们如何通过量子门进行操作，都讲解得非常透彻。我曾经在其他地方尝试理解这些概念，但总是感觉云里雾里，而这本书的讲解方式，就像是在黑暗中点亮了一盏明灯，让我豁然开朗。我尤其喜欢书中关于量子线路设计的章节，它将抽象的量子运算可视化，让我在脑海中能够构建出清晰的量子计算流程。例如，作者在解释如何构建一个简单的量子傅里叶变换时，那种逐步添加量子门的逻辑，让我对量子算法的设计有了更直观的认识。这本书的写作风格非常流畅，语言精炼，没有丝毫的拖泥带水，每一句话都直击要点。我常常在阅读过程中，会停下来反复回味作者的讲解，并尝试在脑海中复现那些量子态的变化，这种主动学习的过程让我收获颇丰。我迫不及待地想继续深入，了解书中更复杂的量子算法和它们的应用前景，这本书无疑为我打开了一扇通往量子世界的大门。

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simply an introductory text. Nothing particularly impressive.

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适合入门。行文有些奇怪，读起来不太顺畅。但是推导部分逻辑严密、阐释清楚。算法部分可以说是全书的精华了。

评分☆☆☆☆☆

适合入门。行文有些奇怪，读起来不太顺畅。但是推导部分逻辑严密、阐释清楚。算法部分可以说是全书的精华了。

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适合入门。行文有些奇怪，读起来不太顺畅。但是推导部分逻辑严密、阐释清楚。算法部分可以说是全书的精华了。

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