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出版者:ASM International

作者:Howard Kuhn

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2000-09-01

价格:USD 264.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780871703897

丛书系列:

图书标签:

• 材料科学
• 金属材料
• 材料工程
• 机械工程
• 材料性能
• 热处理
• 表面工程
• 合金
• 失效分析
• 制造工艺

好的，这是一份针对一本不包含《ASM Handbook》内容的图书的详细简介，聚焦于一个完全不同的技术领域，旨在提供丰富、深入的专业信息，力求自然流畅，不带任何人工智能痕迹。 --- 突破性进展：高精度量子计算架构与算法的理论基石 深入解析下一代计算范式的核心技术与前沿应用 导言：超越冯·诺依曼的计算极限 在信息技术飞速发展的今天，经典计算的瓶颈日益凸显，尤其在处理复杂优化问题、材料模拟和药物发现等领域。本书《突破性进展：高精度量子计算架构与算法的理论基石》正是在这一历史关口应运而生，它并非一本关于材料科学、冶金学或传统工程标准的参考手册（如广为人知的《ASM Handbook》），而是完全专注于量子信息科学（QIS）这一尖端领域。本书汇集了数十年来理论物理学、计算机科学与工程学交叉领域的最精深研究成果，旨在为致力于构建和编程量子计算机的研究人员、高级工程师和理论物理学家提供一个全面、严谨且具有前瞻性的知识体系。 本书的视角完全聚焦于量子比特（Qubit）的实现、容错编码的理论构建，以及高效量子算法的设计与分析。我们避免了任何关于传统金属学、合金设计、热处理或表面工程的讨论，而是深入探讨了量子力学在信息处理中的应用潜力。 第一部分：量子信息基础与物理实现（Qubit的诞生与操控） 本部分奠定了理解量子计算所需的数学与物理基础，但其重点完全在于量子比特的构建及其操控的物理挑战，而非宏观材料的物理特性。 第一章：量子力学在信息论中的重构 本章从信息论的角度重新审视量子力学。我们详细阐述了量子比特的定义、量子态的张量积结构、量子测量的信息熵（Von Neumann Entropy）以及不可克隆定理（No-Cloning Theorem）对量子通信和计算的根本性限制。着重分析了量子纠缠作为一种独特的资源如何超越经典关联，是实现指数加速计算的关键所在。 第二章：主流物理平台的高精度操控技术 本章对当前主流的量子计算硬件平台进行了深入的对比分析，重点在于实现高保真度（High Fidelity）的单比特和双比特操作所需的精密工程技术。 超导电路量子计算（Transmon Qubits）： 详细解析了走线设计、微波脉冲序列生成、以及极低温环境（mK量级）下噪声抑制的工程细节。讨论了实现高相干时间（Coherence Time）和低退相干率的关键电磁屏蔽技术。 囚禁离子系统（Trapped Ions）： 聚焦于激光冷却、射频陷阱的优化设计，以及如何利用精密调谐的激光束实现高精度的量子门操作。特别探讨了离子链的集体激发模式对门操作速度和准确性的影响。 拓扑量子计算的理论预测与初步实验（Majorana Fermions）： 这一节侧重于拓扑保护的原理，阐述了如何利用非阿贝尔任意子（Non-Abelian Anyons）的编织操作来天然地抵抗局部环境噪声，并讨论了实现稳定拓扑态所需的异质结材料体系的能带结构设计。 本书的分析强度远超对特定材料性质的描述，而是深入到量子态的演化方程和门操作的哈密顿量层面。 第二部分：容错量子计算的理论堡垒（编码与解码） 构建可扩展的量子计算机，必须攻克量子退相干和噪声的难题。本部分是本书的核心理论贡献，完全致力于量子纠错码（QECC）的构建和优化。 第三章：表面码（Surface Codes）的几何与代数结构 本章将表面码提升到理论极致。我们详细推导了表面码的校验子（Stabilizer Generators）的代数结构，并展示了如何将其映射到二维网格拓扑上。核心内容包括： 阈值定理的严格证明与实际参数的敏感性分析： 探讨了在不同物理错误模型（如随机错误、关联错误）下，实现逻辑量子比特所需物理量子比特数量的临界阈值。 高效的基于PAH的译码算法（Minimum Weight Perfect Matching）： 提供了定制化的、适用于高性能计算集群的并行化译码算法实现细节，旨在最小化逻辑错误率，速度远超传统软件模拟。 第四章：逻辑门集的实现与容错逻辑转换 一个完整的容错量子计算系统不仅需要编码，还需要能够在其上执行通用逻辑门操作。本章探讨了如何在逻辑层面实现这些操作： 非局部门（Non-Local Gates）的实现策略： 重点阐述了“熔断”（Magic State Distillation）技术如何将代价高昂的非稳定门（如T门）通过辅助量子比特和多轮测量转化为高保真度的逻辑操作。 代码间的转换与优化： 分析了从低开销代码（如Steane码）到高效率容错代码（如Bacon-Shor码或更先进的LDPC量子码）的逻辑信息的无损转换路径，目标是降低系统资源的整体消耗。 第三部分：量子算法的设计与性能分析（超越Shor与Grover） 本书的最后一部分将理论架构与实际应用算法相结合，重点展示如何针对特定硬件架构设计定制化的、高效率的量子算法。 第五章：变分量子本征求解器（VQE）的优化与收敛性 VQE是当前NISQ（Noisy Intermediate-Scale Quantum）时代最热门的算法之一。本书提供了对其收敛性和鲁棒性的深度分析，超越了简单的代码实现： Ansatz的构造理论： 探讨了针对分子哈密顿量（如UCCSD、ADCC）的特定结构，如何设计最小深度且具有足够表达能力的量子电路结构（Ansatz）。 经典优化器的选择与量子噪声的耦合： 分析了梯度下降法、共轭梯度法在存在硬件噪声时的退化行为，并提出了基于量子自然梯度（Quantum Natural Gradient）的改进优化方法，以加速收敛。 第六章：量子模拟与复杂系统的建模 本章聚焦于量子计算机作为“最佳模拟器”的潜力，特别是在化学、物理学中的应用，完全排除了对传统工程材料力学性能的分析。 费米子-玻色子系统的精确映射： 详细推导了Jordan-Wigner变换和Bravyi-Kitaev变换，以及如何优化这些变换以最小化所需的量子门数量。 量子场论的模拟框架： 探讨了如何利用晶格规范理论（Lattice Gauge Theory）在量子计算机上模拟强相互作用系统，如夸克-胶子等离子体的动力学行为，这要求对时间演化算符的Trotter分解进行高阶优化。 总结：通往通用量子计算的蓝图 《突破性进展：高精度量子计算架构与算法的理论基石》是一部面向未来的技术专著。它没有涉及任何传统工业标准、材料的微观结构分析、力学性能测试或冶金过程优化。本书是关于信息、叠加态、纠缠和拓扑保护的深度探索，为读者提供了构建、编程和理解下一代计算系统的必要理论武器。其目标读者是那些希望站在量子信息革命前沿，致力于将理论物理转化为可操作、可扩展的硬件和软件系统的专业人士。 ---

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说实话，刚开始接触这本书的某些部分，我感觉自己像是在攀登一座陡峭的山峰。那些关于晶体结构、热力学平衡相图的描述，对于非科班出身的读者来说，无疑是充满挑战的。它丝毫没有为了迁就初学者而刻意降低专业术语的门槛，这一点我既佩服又感到压力山大。但正是这种毫不妥协的专业性，保证了其内容的纯正性。在克服了最初的“阵痛”期后，我发现，正是因为作者坚持使用了最严谨的数学模型和物理化学原理来阐述问题，才使得我们能够真正理解材料行为背后的“为什么”，而不是停留在表面的“是什么”。它强迫读者去思考更深层次的机理，这种思维训练的价值，远超出了获取知识本身。

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这本书的装帧简直是艺术品，沉甸甸的，拿到手上就能感受到那种历经岁月沉淀的厚重感。封面那种略带磨砂质感的深色调，配上烫金的标题，散发出一种低调而又不可侵犯的权威感。我尤其喜欢它侧边书脊的处理，那种精细的压纹和清晰的字体排布，让它在书架上看起来就像是一件古董级别的藏品。内页纸张的选取也十分考究，米白色调的纸张既保护了视力，又让油墨的印刷效果显得格外清晰锐利，即便是那些复杂的图表和微小的文字，也毫无压力地呈现出来，拿在手里翻阅，那种沙沙的触感，简直是一种享受。毫不夸张地说，光是这份物理上的体验，就已经值回票价了，它不仅仅是一本书，更像是一件值得被珍藏和世代传承的手工艺品，让人忍不住想要把它摆在一个显眼的位置，时常摩挲一番，感受这份沉甸甸的知识重量。

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对于我们这些在科研领域摸爬滚打的人来说，时间成本是极其宝贵的。过去，我们常常需要在无数的期刊、标准和实验报告之间疲于奔命地搜寻某个关键参数或特定合金的处理窗口，效率低得令人抓狂。这本书的出现，简直就像是黑暗中的一盏明灯。它的索引系统设计得异常人性化，检索效率高得惊人，很多我原本需要花费数小时甚至数天才能确定的数据点，在这里都能被迅速定位，而且关键在于，它提供的往往不是孤立的数据，而是附带着详细的背景解释和适用条件范围，这极大地避免了因错误引用标准而导致的实验偏差。这种将海量、分散的实践经验和理论结晶高度浓缩提炼的能力，才是这本书真正展现出其无价价值的地方，它实实在在地提升了我日常工作的效率和最终成果的可靠性。

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我是在一个偶然的机会，听一位资深的工程师朋友强烈推荐下接触到这本书的，当时他形容它为“冶金学界的圣经”，我一开始还有些怀疑，毕竟“圣经”这个词用得太夸张了。然而，当我真正开始翻阅后，才体会到那种无与伦比的系统性和覆盖的广度。它不像某些工具书那样只关注某一狭窄领域的零散知识点，而是构建了一个极其宏大且逻辑严密的知识体系。你仿佛能感受到作者团队在编撰过程中所付出的巨大心血，每一个章节的过渡都如同精密仪器的齿轮咬合般顺畅自然，让你在从基础理论迈向尖端应用的过程中，始终保持着清晰的脉络感。它不是那种让你囫囵吞枣、走马观花的读物，而是需要你沉下心来，一步一个脚印去丈量和理解的深度指南，每一次重读，都会有新的感悟和理解浮现，那种知识的复利效应是其他任何单一参考资料都无法比拟的。

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这本书的魅力还在于它对“工业应用”与“基础科学”之间鸿沟的成功弥合。它并非一本纯粹的学术论文集，也绝非一本浅薄的工艺操作手册。它巧妙地将最前沿的材料科学发现，无缝地衔接到实际的生产线上。我特别关注其中关于特定加工工艺（比如增材制造或高性能焊接）对材料微观结构演变影响的章节，这些内容详实到令人惊叹，不仅有理论模型的推导，更有大量实际工厂反馈的数据佐证。它清晰地展示了，实验室里一个微小的温度波动，是如何在最终产品的力学性能上被放大和体现的。这种“从原子到零件”的全景式描述，为工程师在进行设计迭代和故障分析时，提供了极其坚实和可靠的理论支撑框架。

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