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出版者:哈尔滨工业大学出版社

作者:井孝功

出品人:

页数:357

译者:

出版时间:2010-2

价格:45.00元

装帧:平装

isbn号码:9787560329819

丛书系列:

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量子物理学中的常用算法与程序：一本通往量子计算世界的指南 量子物理学，作为现代科学的基石之一，深刻地揭示了宇宙运作的底层逻辑，其颠覆性的概念和预测已在诸多领域催生了革命性的技术。近年来，量子计算的兴起更是将量子物理学的应用推向了一个全新的前沿。它承诺解决传统计算机无法企及的复杂问题，从药物研发、材料设计到金融建模，再到人工智能，都将迎来突破性的进展。 然而，要真正驾驭量子计算的力量，除了理解其基础理论，更需要掌握与之相匹配的算法和编程工具。《量子物理学中的常用算法与程序》 正是一本旨在弥合这一鸿沟的力作。本书并非对量子物理学概念的简单复述，而是着眼于如何将量子世界的奇妙原理转化为可执行的计算任务。它聚焦于当下最活跃、最具实用价值的量子算法，并辅以详实的程序实现，为读者提供了一套切实可行的量子计算实践路径。 本书内容详尽，结构清晰，旨在引领读者从理论走向实践，逐步掌握量子计算的核心技能。 一、 量子计算基础概念与数学工具的精炼回顾： 虽然本书的重点在于算法与程序，但扎实的基础是理解和应用一切的前提。本书在开篇部分，将对量子计算必备的数学工具和核心概念进行一次高度概括且精炼的回顾。这并非冗长的理论铺垫，而是以一种“即学即用”的方式，快速帮助读者掌握： 量子比特（Qubit）的表示与操作： 深入讲解狄拉克符号（Bra-ket notation）在量子信息处理中的核心作用，以及量子比特状态（如叠加态、纠缠态）的数学描述。 量子门（Quantum Gates）的运作原理： 详细阐述各类基本量子门（如Hadamard门、Pauli门、CNOT门等）的矩阵表示及其对量子比特状态的影响，以及如何通过组合这些基本门构建更复杂的量子逻辑电路。 量子测量的概念与概率解释： 解释量子测量如何从叠加态中获得确定性的结果，以及测量结果的概率分布如何由量子态决定。 线性代数在量子计算中的应用： 重点梳理向量空间、矩阵运算、特征值分解等线性代数概念在量子算法设计中的关键作用。 二、 量子算法的精髓与实现： 本书的核心内容，在于对一系列经典且极具代表性的量子算法的深入剖析。每一个算法都将从其产生的背景、解决的核心问题、算法的逻辑步骤，以及最终的量子电路实现进行全面讲解。 Deutsch-Jozsa算法： 探索如何利用量子并行性判断一个函数是常函数还是非平衡函数，以及其在早期量子算法发展中的意义。 Grover搜索算法： 详细解析该算法如何实现对无序数据库的平方根加速搜索，并展示其在优化问题中的广泛应用潜力。 Shor因子分解算法： 作为量子计算最著名的算法之一，本书将以清晰的步骤讲解其核心思想，包括量子傅里叶变换（QFT）在其中的关键作用，以及其对现代密码学带来的颠覆性影响。 HHL算法（Harrow-Hassidim-Lloyd算法）： 介绍该算法如何实现线性方程组的指数级加速求解，并探讨其在机器学习和科学计算中的应用前景。 量子近似优化算法（QAOA）和变分量子本征求解器（VQE）： 重点介绍这两种混合量子-经典算法，它们是当前 NISQ（Noisy Intermediate-Scale Quantum）时代最具潜力的应用方向。本书将详细阐述其变分思想、参数更新机制，以及在组合优化和量子化学等领域的具体应用案例。 三、 量子编程实践与工具链介绍： 纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。本书将理论算法与实际编程紧密结合，引导读者动手实践。 主流量子编程框架介绍： 详细介绍目前最受欢迎的量子计算软件开发工具包（SDK），如 IBM Qiskit、Google Cirq、Microsoft Q 等。我们将选取其中一至两个具有代表性的框架，进行深入的实战指导。 算法的程序实现： 针对上述经典量子算法，提供清晰、可运行的源代码示例。这些示例将涵盖算法的各个模块，包括量子比特的初始化、量子门的施加、以及测量操作的设计。 量子电路的构建与模拟： 引导读者使用编程框架可视化量子电路，并在模拟器上运行算法，观察量子态的变化和测量结果，从而直观地理解算法的执行过程。 NISQ 设备上的运行考量： 考虑到当前量子计算的实际限制，本书还将讨论在含噪声中等规模量子（NISQ）设备上运行量子算法时需要考虑的因素，例如量子比特的相干时间、门操作的保真度等，并介绍一些常用的错误缓解技术。 四、 量子计算的应用展望与未来方向： 在掌握了核心算法与编程技能之后，本书还将带领读者展望量子计算的广阔应用前景。 量子化学与材料科学： 探讨如何利用量子算法模拟分子行为，加速新材料的发现和设计。 优化问题与金融建模： 分析量子算法在解决复杂优化问题（如旅行商问题）和优化金融投资组合方面的潜力。 机器学习与人工智能： 介绍量子机器学习算法，以及量子计算如何赋能更强大的AI模型。 药物研发与生物技术： 阐述量子计算在模拟生物分子相互作用、加速新药研发过程中的作用。 《量子物理学中的常用算法与程序》 是一本面向对量子计算充满好奇并希望将其应用于实际的读者设计的书籍。无论您是计算机科学家、物理学家、工程师，还是对前沿科技充满热情的学生，本书都将是您进入量子计算世界的理想起点，帮助您不仅理解“为什么”，更掌握“如何做”。通过本书的学习，您将能够独立设计、实现并运行量子算法，为迎接即将到来的量子计算时代做好充分的准备。

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我是一名对算法和编程充满热情的软件工程师，虽然我并非量子物理学领域的专业人士，但我对量子计算的潜力一直抱有极大的兴趣。在日常工作中，我经常会接触到各种复杂的计算问题，而我深信，量子计算将为解决这些问题提供前所未有的能力。因此，《量子物理学中的常用算法与程序》这本书的书名立刻引起了我的注意。我希望这本书能够提供一个清晰的框架，将量子物理学的核心概念与实用的算法和编程技术相结合。我设想书中会详细介绍量子门操作、量子线路的构建、以及如何使用特定的量子编程语言（如Qiskit、Cirq或ProjectQ）来实现这些算法。对我来说，理解量子算法的逻辑以及它们与传统算法的区别至关重要。我特别希望书中能够深入讲解如量子傅里叶变换（QFT）、量子相位估计算法等在密码学、材料科学等领域有着重要应用的基础量子算法，并提供相应的代码示例，让我能够实际操作并理解其工作原理。同时，我也希望书中能够探讨量子算法在优化问题、搜索问题以及模拟量子系统方面的应用，例如Grover搜索算法如何加速数据库搜索，以及量子模拟如何帮助我们更好地理解复杂的分子结构和材料特性。这本书如果能够帮助我将我对量子计算的理论知识转化为可执行的代码，并初步掌握在量子计算机上运行算法的能力，那将是对我职业发展极大的助力。我期待书中能够包含一些关于量子纠错和容错量子计算的介绍，因为这对于构建稳定且实用的量子计算机至关重要。

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作为一名对科学哲学和技术伦理有深入思考的人，我不仅关注技术本身，更关注技术发展背后的逻辑和对社会可能带来的影响。《量子物理学中的常用算法与程序》这本书，虽然书名偏重技术实践，但它所涉及的量子计算，无疑是当前最前沿、最具颠覆性的技术之一，其发展必然伴随着深刻的哲学思考和伦理挑战。我希望这本书在介绍具体的量子算法和程序的同时，也能触及到更深层次的问题。例如，量子计算是否会完全改变我们对“计算”的认知？量子算法的不可预测性在哲学上意味着什么？量子计算机的强大能力，对信息安全、隐私保护以及国家安全又会带来怎样的挑战？我希望书中能够以一种开放和批判性的视角，引导读者思考这些问题。当然，我也希望它能够为我提供理解量子算法和程序的技术基础，这样我才能更好地去分析和评价这些技术的影响。我期待书中能够解释，例如量子算法中的概率性测量，与我们对确定性因果律的理解有何异同。我也希望书中能提及一些关于量子算法的“黑箱”问题，以及我们如何去理解和验证这些算法的有效性。这本书如果能帮助我建立起连接技术实践与哲学思考的桥梁，那将是一本极具启发性的读物。

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这本书的书名深深吸引了我——《量子物理学中的常用算法与程序》。我是一个对量子世界充满好奇的学生，一直以来，量子物理对我来说就像是遥不可及的星辰大海，充满了神秘的吸引力，但同时又因为其抽象的数学语言和复杂的理论而感到一丝畏惧。当我在书店偶然翻开这本书时，一个强烈的念头在我心中升起：或许，这本书能够成为我探索量子世界的绝佳向导，将那些深奥的概念转化为可操作的算法和具体的程序，让我能够亲手触碰到量子物理的脉搏。我对书中可能涉及的量子计算、量子模拟、量子信息处理等领域充满了期待。我希望它不仅仅是理论的堆砌，更重要的是能够展示如何将这些理论转化为实际的计算工具，解决现实世界中的问题。我设想书中会详细介绍诸如Shor算法、Grover算法等著名的量子算法，并辅以清晰的代码实现，例如使用Python的Qiskit库或者Cirq等量子编程框架。我尤其期待书中能够深入浅出地讲解量子比特的叠加态和纠缠态如何在算法设计中得到应用，以及如何构建和操作量子线路。此外，对于量子物理的初学者而言，理解量子态的演化、测量过程以及量子纠错机制至关重要，我希望书中能够有详细的解释和相应的程序演示，让我们能够通过编程来体会这些核心概念。能够将抽象的物理定律转化为具体的计算机指令，这种过程本身就充满了魅力，我希望这本书能够引领我进入这样一个充满创造力和挑战的领域。我对书中如何处理量子系统的复杂性、如何优化量子算法的效率等方面也抱有很高的期望，毕竟在量子计算领域，效率往往是制约其发展的关键因素之一。

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我是一名在数据科学领域工作的专业人士，尽管我的日常工作主要围绕着机器学习和大数据分析，但我一直密切关注着量子计算领域的发展，并对其潜在的应用前景感到兴奋。《量子物理学中的常用算法与程序》这本书名，精准地抓住了我的兴趣点，即如何将量子物理学的理论转化为实际可用的计算工具。我希望这本书能够提供一个桥梁，连接量子世界的理论与我们实际的计算需求。我期待书中能够清晰地介绍量子算法的基本原理，例如量子比特的表示、量子门的操作、以及量子线路的设计。我尤其希望书中能够重点介绍那些在解决优化问题、搜索问题以及模拟问题方面具有潜力的量子算法，并提供详细的编程指南，说明如何使用流行的量子计算框架（如Qiskit、Cirq或Microsoft QDK）来实现这些算法。对于数据科学家而言，我特别关注量子算法在加速机器学习模型训练、提升数据分析效率以及处理复杂数据模式方面的潜力。我希望书中能提供一些具体的案例，例如如何利用量子算法来加速支持向量机（SVM）或主成分分析（PCA）等经典机器学习算法，或者如何利用量子计算来改进模式识别和聚类分析。此外，我也对书中关于量子退火和变分量子算法在组合优化问题中的应用抱有很高的期望，这对于处理大规模、高复杂度的数据集具有重要意义。

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在我看来，一本好的技术书籍，不仅要有扎实的理论基础，更要注重实践的指导。《量子物理学中的常用算法与程序》这本书的书名，就暗示了它将是一本兼具理论深度和实践价值的书籍，这正是我所追求的。我希望这本书能够带领我，从一个对量子世界充满敬畏的门外汉，逐步成长为一个能够理解并操作量子算法的实践者。我期待书中能够首先建立起我对量子物理学的基本认知，例如量子态的数学描述、量子门的基本操作、以及量子计算的通用模型。然后，我希望它能循序渐进地介绍各种重要的量子算法，并为每一种算法提供清晰的伪代码或实际的编程实现，最好能涵盖不同的量子编程语言或框架，让我能够有更多的选择和对比。我尤其看重书中对算法效率的分析，以及它如何利用量子特性来解决传统算法无法高效解决的问题。例如，Shor算法在因子分解上的指数级加速，Grover算法在无序数据库搜索上的平方根加速，这些都是量子计算令人振奋的方面，我希望书中能详细讲解其背后的原理和实现细节。此外，我也希望书中能够涉及一些更前沿的量子算法，比如用于量子化学模拟的算法，或者用于量子机器学习的算法，并提供一些实际的应用场景和案例分析。

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我对科幻小说中的量子技术一直有着浓厚的兴趣，尤其是在看到各种关于量子计算机能够颠覆传统计算能力的讨论后，这种兴趣更是愈发浓厚。《量子物理学中的常用算法与程序》这本书名，让我觉得这本书可能能够将那些令人兴奋的量子概念转化为我可以理解和操作的东西。我虽然不是物理学家，但喜欢学习新知识，并且有一定的编程基础。我希望这本书能够以一种通俗易懂的方式，介绍量子物理学中的核心概念，比如叠加、纠缠，以及它们如何在算法中被利用。我设想书中会提供一些有趣的例子，比如量子搜索算法如何比传统搜索更快，或者量子模拟如何帮助我们理解更复杂的化学反应。我希望书中能够提供使用像Python这样的编程语言，结合一些量子计算的库，来编写和运行简单的量子程序。我希望能够通过亲手编写代码，来感受量子比特的操作，理解量子门的作用，以及看到量子算法的执行过程。我尤其期待书中能够介绍一些应用性的例子，比如如何用量子算法来解决一些目前经典计算机难以处理的问题，或者如何利用量子技术来改进一些现有的科学研究方法。这本书如果能够帮助我从一个好奇的旁观者，变成一个能够动手实践的初学者，那将是非常棒的体验。我希望书中能有清晰的图示和流程图，帮助我理解复杂的算法和程序结构。

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我是一个对科学史和技术发展史感兴趣的爱好者，尤其关注那些颠覆性的技术。《量子物理学中的常用算法与程序》这本书的书名，让我联想到那些曾经改变了世界的科学突破，并预感到量子计算可能就是下一个。我并非专业科研人员，但我乐于学习和理解那些能够塑造未来科技走向的知识。我希望这本书能够以一种引人入胜的方式，介绍量子计算的发展历程，从早期的理论萌芽到如今的快速发展，并解释为什么量子计算被认为是下一代计算技术的重要方向。我设想书中会从宏观角度介绍量子物理学的核心概念，然后聚焦于量子算法是如何利用这些概念来执行计算的。我希望书中能够提供一些易于理解的类比和可视化工具，帮助我理解那些抽象的量子现象。我尤其期待书中能够介绍一些具有里程碑意义的量子算法，并解释它们是如何工作的，以及它们可能带来的影响，例如量子计算机在破解现代密码系统方面的潜力。我希望书中也能提及一些当前量子计算的实际应用和发展趋势，比如量子通信、量子传感以及量子模拟在各个领域的应用。这本书如果能让我对量子计算有一个全面而深入的了解，并认识到它对未来社会可能产生的深远影响，那么这本书的价值将是巨大的。

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我是一名正在攻读物理学博士学位的学生，我的研究方向是量子多体理论。《量子物理学中的常用算法与程序》这本书的书名，对于我来说，如同黑夜中的灯塔，指引着我探索未知的方向。在我的研究过程中，我经常需要模拟复杂的量子系统，而传统的经典计算方法往往难以应对。我一直渴望能够掌握利用量子计算机进行模拟的方法，从而突破计算能力的瓶颈。我希望这本书能够为我提供一套完整的量子算法学习路径，从最基础的量子比特和量子门操作开始，逐步深入到更复杂的量子算法，如量子傅里叶变换、量子相位估计算法、以及用于优化问题的变分量子算法（VQE）和量子近似优化算法（QAOA）。我尤其期待书中能够提供在各种量子编程框架下的具体代码实现，例如如何利用Qiskit构建量子线路，如何使用Pennylane进行量子化学计算，以及如何在真实的量子硬件或模拟器上运行这些程序。对于我的研究领域，如何利用量子算法来解决多体物理中的某些关键问题，例如计算临界温度、模拟量子相变、或者求解某些哈密顿量的本征值，是我非常感兴趣的部分。我希望书中能够提供一些这方面的案例研究或算法思路。此外，我也对书中如何处理量子计算机的局限性，例如噪声、退相干以及有限的量子比特数量等问题，并提出相应的解决方案或规避策略有所期待。

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作为一名在物理学领域深耕多年的研究者，我一直关注着量子计算和量子模拟的最新进展。《量子物理学中的常用算法与程序》这本书名，准确地击中了当前量子信息科学领域的核心痛点：理论与实践的结合。我们拥有许多激动人心的量子算法和理论模型，但如何将这些转化为能够实际运行在量子硬件上，并能解决实际问题的程序，依然是许多研究者面临的挑战。我希望这本书能够提供一个系统性的指导，帮助我们理解量子算法的数学基础，并将其转化为可执行的计算机代码。我期待书中能够涵盖从基础的量子门操作到复杂的量子算法（如Shor算法、Grover算法、QAOA等）的详细讲解。更重要的是，我希望书中能够提供在主流量子计算框架（如Qiskit、Cirq、Pennylane等）下的具体编程实现，并附带详细的解释，说明每一步代码的物理意义和计算过程。对于量子模拟的部分，我尤其关注如何利用量子计算机模拟多体物理系统，例如实现量子霍尔效应、超导现象或者化学反应的模拟。我希望书中能提供相关的算法和程序，例如利用量子相位估计算法来计算分子的基态能量，或者利用量子线路来模拟自旋链的动力学演化。此外，我也对书中如何处理量子计算机的噪声和误差，以及一些基本的量子纠错技术有所期待。这本书的出现，无疑为我们研究者提供了一个宝贵的工具，它能够加速我们将前沿理论研究转化为实际应用的过程，推动量子信息科学的进一步发展。

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对于任何一个想要深入了解量子计算的人来说，能够掌握实际的编程技能是必不可少的。《量子物理学中的常用算法与程序》这本书名，直接点明了其核心价值所在——将抽象的量子理论转化为可执行的代码。我希望这本书能够为我提供一条清晰的学习路线，让我能够从零开始，逐步掌握量子算法的设计和实现。我期待书中能够从最基础的量子比特和量子门操作讲起，然后逐步引入更复杂的量子纠缠和叠加态的应用，最终达到理解和实现诸如Shor算法、Grover算法、以及各种量子模拟算法的水平。我希望书中能够提供在主流量子编程框架（如Qiskit、Cirq、Pennylane）下的具体代码示例，并附带详尽的代码注释和解释，让我能够理解每一行代码的物理意义和计算功能。我尤其关注书中对于量子算法的效率分析，以及如何优化算法以适应不同规模和噪声水平的量子硬件。例如，我希望书中能够介绍一些变分量子算法（VQE）和量子近似优化算法（QAOA），并讲解它们在化学模拟和组合优化问题中的应用，以及如何在实际的量子计算机上进行参数优化。这本书如果能够让我掌握将一个量子算法从概念转化为实际运行程序的能力，那将是对我技术能力的一次巨大提升。

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一边复习量子力学，一边学习FORTRAN

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一本实用性很强的书！也可以说从理论到计算的必读书！

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