Molecular Electronics Materials, Devices and Applications pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Jalabert, Antoine/ Amara, Amara/ Clermidy, Fabien

出品人:

页数:216

译者:

出版时间:

价格:1073.00 元

装帧:

isbn号码:9781402085932

丛书系列:

图书标签:

• Molecular Electronics
• Materials Science
• Nanotechnology
• Devices
• Applications
• Organic Electronics
• Quantum Transport
• Molecular Devices
• Electronic Materials
• Nanoscience

好的，这是一本关于量子计算原理与应用的图书简介，力求详尽且专业，不涉及您提到的《Molecular Electronics Materials, Devices and Applications》一书的内容。 --- 图书简介：《量子计算的基石：从物理基础到前沿算法》 第一部分：量子计算的理论基石——挑战经典范式 本书深入探讨了量子计算这一颠覆性技术背后的核心物理学原理与数学框架。我们首先从经典信息论的局限性切入，剖析图灵机模型在处理某些特定问题（如大数因子分解和复杂分子模拟）时的指数级效率瓶颈。这为理解引入量子效应的必要性奠定了基础。 随后，全书核心转向量子力学的基本公设。我们将详细阐述量子态的定义，重点解析希尔伯特空间（Hilbert Space）的概念及其在描述多粒子系统中的关键作用。量子比特（Qubit）的概念被置于中心位置，不仅讨论了其数学表示（狄拉克符号），更细致地分析了两种主要的物理实现模型：基于能级的量子比特（如超导电路或离子阱）和基于自旋的量子比特（如半导体量子点）。如何用布洛赫球（Bloch Sphere）来直观地表示单量子比特的状态演化，是本部分的关键几何工具。 紧接着，我们深入量子门操作。线性代数是描述量子逻辑的语言。本书系统地介绍了单比特门（如泡利矩阵 $X, Y, Z$ 和 Hadamard 门 $H$）及其作用，并详细解释了多比特门，特别是受控非门（CNOT）、受控 $Z$ 门（CZ）以及它们作为通用量子门集（Universal Gate Set）的重要性。我们展示了如何通过这些基本操作来构建复杂的量子线路，并探讨了量子线路的深度与复杂度对实际计算的影响。 本部分的一个重要亮点是量子纠缠（Entanglement）的精细化处理。纠缠被定义为非定域性的关键资源，我们通过贝尔态（Bell States）来量化和展示这种奇异关联。此外，书中还探讨了量子叠加（Superposition）的计算优势，阐明了它如何允许量子计算机同时探索解空间的不同部分，这是量子并行性的根源。 第二部分：量子硬件的工程挑战与前沿实现路径 理解量子计算的潜力，必须正视其硬件实现的极端难度。本书将当前主流的量子硬件平台进行分类和深入比较，侧重于它们各自的优势、面临的退相干（Decoherence）问题以及可扩展性的瓶颈。 1. 超导量子比特（Superconducting Qubits）： 聚焦于Transmon架构，解析其非线性振荡子的工作原理。详细讨论了耦合器（Couplers）的设计，如何实现高保真度的双量子比特门操作（如iSWAP或CZ门）。同时，分析了需要在极低温（mK量级）下运行所带来的制冷工程挑战以及布线密度的限制。 2. 囚禁离子（Trapped Ions）： 基于激光冷却和射频电磁场囚禁单个原子离子。本书详细介绍了拉曼跃迁在初始化、操控和读出量子态中的应用。重点分析了Mølmer–Sørensen (MS) 门如何实现跨离子的纠缠，并讨论了离子链的线性扩展与模块化连接的可能性。 3. 拓扑量子计算与Majorana费米子： 作为一种对退相干具有内在鲁棒性的理论路径，我们将介绍非阿贝尔任意子（Non-Abelian Anyons）的概念。虽然仍处于早期研究阶段，但书中会详述基于编织（Braiding）操作的量子计算模型，以及其在构建容错系统中的潜力。 4. 半导体量子点与光子系统： 对比研究了硅基量子点中电子自旋的操控技术，以及基于线性光学的量子计算（如玻色子采样）。阐明了光子系统在构建大规模量子网络中的优势，同时指出了其非确定性门操作带来的挑战。 贯穿本部分始终的是量子误差修正（Quantum Error Correction, QEC）。我们引入了表面码（Surface Code）和Steane码等主要编码方案，解释了如何通过冗余编码将逻辑量子比特编码在多个物理比特中，并通过测量稳定子（Stabilizer）来检测并纠正错误，这是迈向容错量子计算（Fault-Tolerant Quantum Computation, FTQC）的必经之路。 第三部分：量子算法的设计、分析与应用前景 量子计算的价值最终体现在其能解决经典计算机无能为力的难题上。本部分聚焦于量子算法的设计范式与实际应用案例。 1. 核心算法的深入解析： Shor算法： 详细分解其基于量子傅里叶变换（QFT）的因子分解机制，阐明其对公钥加密体系（如RSA）的威胁。 Grover算法： 解析其平方加速的搜索机制，展示如何利用振幅放大技术（Amplitude Amplification）来优化数据库搜索问题。 量子模拟（Quantum Simulation）： 这是量子计算最被看好的直接应用领域。书中介绍了Trotter-Suzuki分解法等时间演化算法，以及如何利用量子计算机来精确模拟复杂哈密顿量，例如在高能物理或材料科学中的应用。 2. 变分量子算法（Variational Quantum Algorithms, VQA）： 面对当前NISQ（Noisy Intermediate-Scale Quantum）设备的限制，VQA成为重要的过渡工具。本书详细介绍变分量子本征求解器（VQE），用于寻找分子或材料的基态能量，以及量子近似优化算法（QAOA），用于解决组合优化问题（如Max-Cut）。我们将探讨VQA的混合量子-经典优化循环，并分析“Barren Plateaus”（贫瘠高原）问题对训练效率的影响。 3. 实际应用领域的展望： 本书最后展望了量子计算在金融建模（如期权定价的蒙特卡洛加速）、药物发现（分子对接与构象搜索）、以及机器学习（量子支持向量机、量子神经网络）中的潜在变革。通过具体案例分析，读者将能全面理解量子算法如何映射到特定的物理或数学问题上，从而有效地设计下一代计算解决方案。 --- 目标读者： 物理学、计算机科学、电子工程专业的高年级本科生、研究生，以及致力于探索前沿计算技术的科研人员和工程师。 本书特色： 本书结构严谨，理论深度与工程实践并重，旨在为读者构建一个从基础物理到前沿算法的完整知识体系，确保读者不仅理解“如何计算”，更能洞悉“为何能计算”以及“如何构建计算的机器”。

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