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出版者:

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页数:503

译者:

出版时间:2004-8

价格:55.00元

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isbn号码:9787532375431

丛书系列:

图书标签:

• 中医
• 内科学
• 中医经典
• 医学
• 健康
• 养生
• 传统医学
• 疾病防治
• 临床医学
• 中医理论

好的，以下是为一本名为《量子计算基础与前沿应用》的图书撰写的详细简介，该书内容不涉及《中医内科学》的相关知识： --- 《量子计算基础与前沿应用》图书简介 导言：迈向信息时代的下一扇大门 在信息技术飞速发展的今天，经典计算机的摩尔定律正在逼近物理极限。为了突破计算能力的瓶颈，科学家们将目光投向了微观世界的奇特规律——量子力学。量子计算，这一基于量子比特（Qubit）的革命性范式，正以前所未有的速度从理论走向实践，预示着在药物研发、新材料设计、金融建模、人工智能乃至密码学等诸多领域，都将迎来颠覆性的变革。 《量子计算基础与前沿应用》一书，旨在为读者系统、深入地介绍量子计算的理论基石、核心算法、主流硬件实现路径以及当前最前沿的研究热点与产业应用前景。本书内容严谨而全面，既适合有一定线性代数和基础物理学知识的理工科高年级学生、研究生，也为希望转向或拓展量子信息领域的科研人员、工程师和技术决策者提供了一份详尽的参考指南。 --- 第一部分：量子力学的基石与量子信息学导论 (The Quantum Foundation) 本部分为后续深入学习奠定坚实的理论基础，清晰阐述了量子计算区别于经典计算的根本原因。 第一章：量子力学的核心概念回顾 本章首先对量子力学的基本公设进行回顾，重点强调了波函数、希尔伯特空间（Hilbert Space）的概念。详细阐述了态叠加原理（Superposition）和量子纠缠（Entanglement）这两大核心资源。通过对薛定谔方程和不确定性原理的简要回顾，帮助读者理解微观粒子行为的非经典特性。 第二章：量子比特（Qubit）与量子门 量子比特是量子计算的基本信息单元。本章深入讲解了量子比特的数学表示（布洛赫球模型），并详尽介绍了构成量子逻辑电路的基本元素——单比特门（如泡利矩阵$X, Y, Z$和Hadamard门$H$）和多比特门（如受控非门$CNOT$和Toffoli门）。通过矩阵运算，读者将学会如何精确描述和操作量子态的演化过程。 第三章：量子测量的理论与实践 量子测量是信息提取的关键步骤，但其概率性和不可逆性是量子计算的独特挑战。本章详细探讨了投影测量、概率解释以及量子态的坍缩机制。同时，介绍了量子信息中的重要概念，如密度矩阵（Density Matrix）在描述混合态和退相干过程中的应用。 第四章：量子信息学的基本度量 为了评估量子系统的能力，必须引入恰当的度量。本章聚焦于量子纠缠的量化，介绍了可分态、纠缠度等概念。此外，还探讨了量子保真度（Fidelity）、冯·诺依依曼熵（Von Neumann Entropy）等信息论工具，为后续的算法分析和硬件性能评估打下基础。 --- 第二部分：核心量子算法与计算复杂性 (Algorithms and Complexity) 本部分聚焦于那些展示出量子计算超越经典计算潜力的关键算法，并探讨量子计算在复杂性理论中的定位。 第五章：Shor算法与因式分解的革命 Shor算法是量子计算领域最著名的突破性成果之一。本章将详细拆解Shor算法的两个核心组成部分：量子傅里叶变换（QFT）和周期查找子程序。通过深入分析，读者将理解该算法如何指数级加速大数质因数分解，并探讨其对现有公钥密码体系（如RSA）的潜在威胁。 第六章：Grover搜索算法与平方加速 Grover算法是针对无结构数据库搜索问题的二次加速算法。本章清晰阐述了Grover迭代器的几何意义，即如何通过反射操作逐步接近目标态。本章还将讨论该算法的变体及其在优化问题中的应用潜力。 第七章：变分量子本征求解器（VQE） 随着NISQ（有噪声的中等规模量子）时代的到来，混合量子-经典算法成为研究热点。VQE作为模拟化学和材料科学问题的核心工具，在本章得到详尽介绍。我们将讨论如何设计有效的Ansatz电路和优化器的经典反馈循环。 第八章：量子计算的复杂性类 本章将量子计算置于计算理论的宏大框架中。讨论了BQP（有界误差量子多项式时间）复杂性类，并探讨了BQP与经典复杂性类P、NP、PSPACE之间的关系。同时，简要介绍了量子不可证明性（Quantum Unprovability）的概念。 --- 第三部分：量子硬件的实现路径与工程挑战 (Hardware Realization) 量子计算的实现依赖于对微观系统的精确操控。本部分全面梳理了当前主流的物理平台及其面临的工程难题。 第九章：超导电路量子计算 超导量子比特（如Transmon）是目前谷歌、IBM等巨头重点发展的技术路线。本章深入剖析了超导电路的设计原理，包括电路的量子化、耦合机制以及微波脉冲控制技术。重点讨论了退相干时间（Coherence Time）和门操作保真度（Fidelity）的优化策略。 第十章：囚禁离子与中性原子系统 囚禁离子系统以其极高的相干性和全连接性著称。本章介绍了通过激光冷却和射频（RF）陷阱技术实现离子囚禁的原理，并阐述了Mølmer-Sørensen门等高保真度两比特门的实现方式。同时，对基于里德伯格态（Rydberg States）的中性原子阵列的扩展能力进行了分析。 第十一章：拓扑量子计算与光量子计算 拓扑量子计算（基于Majorana费米子）以其内在的抗错误性吸引了学界的关注。本章介绍了该方法的理论优势和巨大的实验挑战。光量子计算部分则聚焦于线性光学下的量子态制备、测量以及基于玻色子采样（Boson Sampling）的初步计算展示。 第十二章：量子纠错码与容错计算 实现通用、大规模量子计算的关键在于克服噪声和错误。本章系统介绍了量子纠错的基础，包括Shor 9-比特码、表面码（Surface Code）等。详细解析了如何通过编码将逻辑量子比特的错误率降低到物理比特错误率的阈值之下，从而迈向容错量子计算（FTQC）。 --- 第四部分：前沿应用与未来展望 (Frontier Applications) 本部分展望量子计算在不同行业领域的具体应用场景，并探讨了当前研究的最新进展。 第十三章：量子化学与材料模拟 量子计算在模拟分子和固体能级结构方面具有天然优势。本章详细讨论了如何利用量子相位估计（QPE）和VQE来精确计算分子基态能量，以及在催化剂设计和新型电池材料发现中的应用前景。 第十四章：量子机器学习（QML） QML试图利用量子优势处理高维数据和复杂模式识别。本章介绍了量子支持向量机（QSVM）、量子神经网络（QNN）的基本架构，并探讨了数据编码（Embedding）的方法学挑战。 第十五章：金融建模与优化问题 金融领域对复杂优化有着巨大需求。本章探讨了量子退火（Quantum Annealing）如何应用于投资组合优化、风险分析（如计算VaR）以及期权定价中的蒙特卡洛模拟加速。 第十六章：量子通信与量子密码学 量子信息学的另一支柱是安全通信。本章介绍了量子密钥分发（QKD）的核心协议（如BB84），并区分了其与量子计算对经典密码学的威胁（Shor算法）之间的关系。同时，展望了后量子密码学（PQC）的必要性。 --- 结语：通往量子霸权的路线图 《量子计算基础与前沿应用》不仅是一本教科书，更是一份通往下一代信息技术的路线图。全书结构层层递进，从基本物理原理到复杂的工程实现，再到实际的应用落地，力求为读者构建一个清晰、完整的知识体系。随着全球范围内对量子技术投入的不断增加，掌握这些基础知识和前沿动态，将是未来科研和产业竞争中的核心竞争力。本书的出版，期望能激发更多有志之士投身于这场深刻的技术革命之中，共同探索和构建一个全新的计算世界。 ---

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