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出版者:中国经济出版社

作者:章智云

出品人:

页数:226

译者:

出版时间:2012

价格:80.00

装帧:平装

isbn号码:9787509520857

丛书系列:

图书标签:

• 健康保险
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• 发展趋势

科技前沿：量子计算与信息安全的新纪元 书籍简介 本书深入探讨了量子计算的最新进展及其对现代信息安全体系构成的革命性影响与挑战。内容聚焦于量子力学原理在信息处理领域的具体应用，从量子比特的构建与操控技术，到量子算法的理论基础与实际效能，为读者勾勒出未来计算范式的全景图。 第一部分：量子计算的理论基石与硬件突破 本书首先系统梳理了量子信息科学的理论起源，详细阐述了量子叠加态、量子纠缠等核心概念的物理学基础。我们摒弃了过于繁复的数学推导，而是侧重于直观的物理图像与逻辑架构的清晰阐释，力求使具备一定科学素养的读者能够准确把握量子计算的本质区别于经典计算的逻辑层面。 在硬件实现方面，本书对当前主流的量子计算机架构进行了全面的技术剖析与比较。这包括超导电路（Transmon Qubits）、离子阱（Trapped Ions）、拓扑量子计算（Topological Quantum Computing）以及中性原子阵列等前沿技术。我们不仅详细介绍了每种架构的工作原理、优势与局限性，还引用了近期国际顶级实验室（如Google AI Quantum, IBM Quantum, IonQ）的最新实验数据和里程碑式的成果，例如高保真度量子门的实现、量子体积（Quantum Volume）的持续提升等。重点分析了扩展性（Scalability）和退相干时间（Decoherence Time）这两个核心瓶颈的当前解决方案与未来潜力。 此外，书中辟出专章讨论了量子纠错（Quantum Error Correction, QEC）的重要性。量子计算的脆弱性要求必须采用复杂的编码方案来保护信息。我们将阐述表面码（Surface Codes）等主流容错方案的结构和资源消耗，并探讨实现全容错量子计算机所需的技术路径图。 第二部分：颠覆性的量子算法与应用场景 本书的第二大部分聚焦于量子计算一旦成熟将如何重塑科学研究与产业格局。我们详细解析了数个具有里程碑意义的量子算法： 1. Shor算法与大数分解： 深入剖析其对当前公钥加密体系（如RSA）的致命威胁，并从数学结构上解释其指数级加速的来源。 2. Grover搜索算法： 分析其在非结构化数据库搜索中的二次加速优势及其在机器学习优化中的潜在应用。 3. 量子模拟（Quantum Simulation）： 这是量子计算最有希望率先取得突破的领域。本书将展示如何利用量子计算机精确模拟复杂的分子结构、化学反应路径和材料科学中的多体物理问题，这些问题对经典计算机而言已是计算的“禁区”。例如，对高效率氮固定催化剂的精确建模，或理解高温超导的微观机制。 4. 变分量子本征求解器（VQE）与其他混合算法： 针对当前“噪声中等规模量子”（NISQ）时代的限制，详细介绍了结合经典优化器与量子处理器的混合算法框架，及其在量子化学和金融衍生品定价中的初步应用探索。 第三部分：信息安全的“量子威胁”与后量子密码学 量子计算的进步并非只有光明前景，它对现有的信息安全基础设施构成了严峻的生存危机。本书的第三部分将这一“量子威胁”置于聚光灯下。 首先，我们将清晰界定哪些加密标准将受到Shor算法的直接冲击（如RSA、椭圆曲线加密ECC），并解释为何对称加密（如AES）在面对Grover算法时，可以通过简单地增加密钥长度来保持一定的安全性。 核心内容在于对“后量子密码学”（Post-Quantum Cryptography, PQC）的详尽介绍。PQC旨在开发能在经典计算机上运行，同时抵抗未来量子计算机攻击的新型加密算法。本书系统分类介绍了当前被美国国家标准与技术研究院（NIST）标准化流程重点评估的PQC候选算法家族： 基于格（Lattice-Based）的密码系统： 如Kyber（密钥交换）和Dilithium（数字签名）。我们分析了LWE（Learning With Errors）等数学难题的抗量子性来源。 基于哈希（Hash-Based）的签名方案： 如XMSS和LM-OTS，探讨其签名大小与安全寿命的权衡。 基于编码（Code-Based）的密码系统： 如McEliece及其现代变体。 基于多变量多项式（Multivariate Polynomial）的系统。 书中对比了这些PQC方案在密钥尺寸、计算效率和安全证明成熟度方面的优劣，并讨论了全球政府、金融机构和科技巨头正在进行的“密码敏捷性”（Crypto-Agility）迁移工作，为读者提供一个实际的过渡路线图。 第四部分：量子计算的伦理、政策与未来展望 最后一部分将视角拔高至社会与政策层面。量子计算的巨大算力潜力必然伴随着对国家安全、数据隐私和经济公平的新挑战。 本书讨论了量子霸权（Quantum Supremacy）的哲学意义，以及如何在全球范围内平衡研发投入与技术扩散的政策制定。此外，我们探讨了量子信息技术带来的全新伦理考量，例如，当模拟能力达到一定阈值时，对生命科学研究的深远影响。 总结 本书旨在成为一本全面、深入且前瞻性的指南，面向对信息技术未来充满好奇的工程师、研究人员、政策制定者以及高层管理者。它不提供具体的保险精算模型或健康统计数据，而是致力于解析下一代计算范式如何从根本上重塑我们的数字世界。读者将带着对量子力学在信息科学中的革命性角色的清晰认知，以及对信息安全未来走向的深刻洞察离开此书。

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