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

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出版者:

作者:Pittenger, A.O.

出品人:

页数:152

译者:

出版时间:1999-11

价格:$ 90.34

装帧:

isbn号码:9780817641276

丛书系列:

图书标签:

算法
物理
程序设计
量子计算
量子算法
量子信息
计算复杂性
计算机科学
物理学
数学
算法设计
量子力学
信息技术

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具体描述

The purpose of this monograph is to provide the mathematically literate reader with an accessible introduction to the theory of quantum computing algorithms, one component of a fascinating and rapidly developing area which involves topics from physics, mathematics, and computer science. The author briefly describes the historical context of quantum computing and provides the motivation, notation, and assumptions appropriate for quantum statics, a non-dynamical, finite dimensional model of quantum mechanics. This model is then used to define and illustrate quantum logic gates and representative subroutines required for quantum algorithms. A discussion of the basic algorithms of Simon and of Deutsch and Jozsa sets the stage for the presentation of Grover's search algorithm and Shor's factoring algorithm, key algorithms which crystallized interest in the practicality of quantum computers. A group theoretic abstraction of Shor's algorithms completes the discussion of algorithms. The last third of the book briefly elaborates the need for error- correction capabilities and then traces the theory of quantum error- correcting codes from the earliest examples to an abstract formulation in Hilbert space. This text is a good self-contained introductory resource for newcomers to the field of quantum computing algorithms, as well as a useful self-study guide for the more specialized scientist, mathematician, graduate student, or engineer. Readers interested in following the ongoing developments of quantum algorithms will benefit particularly from this presentation of the notation and basic theory.

踏入量子计算的迷人世界：算法的基石与未来展望欢迎来到一个令人振奋的领域——量子计算。这个前沿学科以前所未有的方式挑战我们对计算的理解，并承诺在科学、技术和医学等众多领域引发革命。本书并非直接阐述“An Introduction to Quantum Computing Algorithm”这本书本身，而是旨在为您揭示量子计算算法的宏伟图景，从其深邃的理论基础到蓬勃发展的应用潜力，带您领略这场计算范式的深刻变革。量子计算的基石：从经典到量子的飞跃在深入探讨量子算法之前，我们首先需要理解它与我们熟悉的经典计算有何不同。经典计算机依赖于比特（bit），每个比特只能处于0或1这两种状态之一。而量子计算机则引入了量子比特（qubit），它能够利用量子力学的奇妙特性——叠加（superposition）和纠缠（entanglement）——来存储和处理信息。叠加（Superposition）：量子比特可以同时处于0和1的组合状态，这意味着一个量子比特可以代表多种可能性。这种能力使得量子计算机能够并行处理大量信息，极大地提高了计算效率。想象一下，一个经典比特只能是开关的“开”或“关”，而一个量子比特则可以同时处于“开”和“关”的某种程度的混合状态。纠缠（Entanglement）：当两个或多个量子比特发生纠缠时，它们的状态会以一种奇特的方式关联起来，无论它们之间的距离有多远。测量其中一个量子比特的状态会立即影响到其他纠缠的量子比特的状态。这种非局域性的关联是量子计算强大力量的另一源泉，它允许信息以经典计算无法比拟的方式进行协同处理。量子算法：解锁前所未有的计算能力正是利用叠加和纠缠这些量子特性，量子算法得以设计，它们在解决某些特定问题时，能够超越任何经典的算法。这些算法并非通用的“万能钥匙”，而是针对特定挑战而设计的解决方案。 Shor算法：这是量子计算领域最著名的算法之一。Shor算法能够以指数级的速度分解大整数，这对当前的加密体系，尤其是RSA加密，构成了潜在的威胁。其效率的提升源于量子傅里叶变换（Quantum Fourier Transform, QFT），这是一种能够在量子计算机上高效执行的数学工具。 Grover算法： Grover算法为无序数据库搜索提供了一种平方根级别的加速。如果在N个项中搜索一个特定项，经典算法平均需要O(N)次操作，而Grover算法只需要O(√N)次操作。虽然这不是指数级加速，但在搜索大量数据时，这种改进仍然是显著的。量子模拟（Quantum Simulation）：量子计算机最直接的应用之一便是模拟量子系统本身。例如，模拟分子或材料的量子行为，这对于新药研发、新材料设计和基础物理研究至关重要。许多复杂的量子系统在经典计算机上难以精确模拟，而量子计算机则能更自然、更高效地完成这些任务。量子优化算法：诸如量子退火（Quantum Annealing）和量子近似优化算法（Quantum Approximate Optimization Algorithm, QAOA）等，旨在解决复杂的优化问题，这些问题广泛存在于物流、金融、人工智能等领域。这些算法尝试在庞大的可能性空间中找到最优解。量子算法的构建原理与设计挑战设计量子算法是一项精密且富有创造性的工作。它需要深刻理解量子力学原理，并将其转化为一系列精确的量子门操作。量子门（Quantum Gates）：类似于经典计算机中的逻辑门（AND, OR, NOT），量子计算机使用量子门来操纵量子比特的状态。常见的量子门包括Hadamard门（用于创建叠加态）、CNOT门（用于实现纠缠）以及各种旋转门。一个量子算法实际上就是一系列量子门的有序组合。量子线路（Quantum Circuits）：量子门按照特定的顺序和连接方式形成量子线路，就像经典计算机中的逻辑电路一样。设计有效的量子线路是实现量子算法的关键。算法的复杂性：量子算法的效率通常通过“时间复杂度”和“空间复杂度”来衡量，但这里的“复杂度”指的是量子操作的步数和所需量子比特的数量。寻找能够提供显著加速且在实际量子硬件上可行的算法，是研究人员面临的持续挑战。错误修正与容错：当前的量子计算机仍然容易受到环境噪声和操作失误的影响，产生错误。开发容错的量子算法和错误修正方案是实现大规模、可靠量子计算的关键。量子计算算法的未来展望与潜在影响量子计算算法的进步正在以前所未有的速度推进，预示着一个充满变革的未来。科学研究的突破：在化学、材料科学、粒子物理学和宇宙学等领域，量子算法将使我们能够模拟和理解以前无法触及的复杂现象，加速科学发现的进程。人工智能与机器学习的革新：量子机器学习算法有望在模式识别、数据分析和优化等任务上提供巨大的优势，可能催生新一代的AI系统。药物发现与个性化医疗：通过精确模拟分子互动，量子计算可以极大地加速新药物的发现过程，并为患者提供更精准的个性化治疗方案。金融建模与优化：量子算法可以用于更精确的风险评估、投资组合优化和欺诈检测。密码学的演进：随着Shor算法的潜在威胁，对后量子密码学（post-quantum cryptography）的研究和开发变得至关重要，以保护未来的数字通信安全。结语量子计算算法是一个广阔且不断发展的领域，它结合了数学、物理学和计算机科学的精髓。本书籍的宗旨是为您勾勒出量子计算算法的宏观图景，使其成为您探索这个迷人领域的坚实起点。从叠加和纠缠的基本原理，到Shor、Grover等标志性算法的威力，再到其在科学、技术和医疗等领域的深远影响，量子计算算法正以前所未有的方式重塑着我们对计算和世界的理解。踏上这段旅程，您将不仅看到计算能力的飞跃，更能预见一个由量子力量驱动的创新与发现的新时代。