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出版者:浙江大学出版社

作者:谢国梅

出品人:

页数:122

译者:

出版时间:1993-03

价格:4.00元

装帧:平装

isbn号码:9787308001588

丛书系列:

图书标签:

• 分析化学
• 化学实验
• 高等教育
• 大学教材
• 实验教学
• 化学分析
• 仪器分析
• 定量分析
• 化学专业
• 实验报告

好的，这是一本关于量子信息与计算的专业书籍的详细简介： 书名：量子信息与计算的基石：理论、算法与实现 内容提要 本书深入探讨了量子信息科学的前沿领域，旨在为物理学、计算机科学、数学以及工程学等相关专业的学生和研究人员提供一个全面、深入且结构化的学习资源。全书内容聚焦于量子信息处理的核心概念、关键算法及其在未来计算范式中的应用前景，避免了对传统分析化学实验的任何提及。 本书共分为六个主要部分，共计二十章，结构严谨，逻辑清晰。 第一部分：量子信息学的基本原理（第1章至第4章） 本部分是理解后续复杂主题的基础，系统地介绍了构成量子信息学的基本数学和物理框架。 第1章：复习与基础：线性代数与概率论：虽然这是一本前沿教材，但我们深知扎实的数学基础至关重要。本章对复向量空间、希尔伯特空间、张量积、算符代数以及概率论中的条件概率、贝叶斯定理等核心概念进行快速而精确的回顾，确保读者具备必要的数学工具。 第2章：量子态的描述与演化：详细阐述了量子比特（Qubit）的定义，如何使用狄拉克符号表示量子态，以及单比特和多比特系统的状态空间。重点讲解了薛定谔方程在线性演化中的作用，引入了密度算符（Density Operator）的概念，用于描述混合态和开放量子系统。 第3章：量子测量理论：深入剖析了量子力学中的测量公设，包括投影测量（Projective Measurement）、弱测量（Weak Measurement）和后选择（Post-selection）。探讨了测量对量子态的不可逆影响，并引入了POVM（Positive Operator-Valued Measure）作为通用的测量描述工具。 第4章：量子纠缠的本质与量度：纠缠是量子信息区别于经典信息的核心资源。本章详细介绍了贝尔态（Bell States）及其重要性，区分了可分离态与纠缠态。引入了冯·诺依曼熵（Von Neumann Entropy）和纠缠熵（Entanglement Entropy）作为量化纠缠程度的指标，并探讨了纠缠的非局域性（Nonlocality）。 第二部分：量子计算的基本操作与门集（第5章至第8章） 本部分着重于构建量子计算机的“积木”——量子门和线路。 第5章：单比特量子门：系统介绍了泡利门（Pauli Gates）、哈达玛门（Hadamard Gate）以及相移门（Phase Gates）。详细分析了这些门在布洛赫球（Bloch Sphere）上的几何解释，并证明了它们构成通用单比特门集。 第6章：多比特量子门与通用性：重点讨论了受控非门（CNOT）、受控Z门（CZ）等双比特门。证明了包括H、T门以及CNOT在内的有限门集足以实现对任意酉演化的近似，从而确立了量子计算的通用性。 第7章：量子线路模型与可逆计算：将量子门组合成量子线路（Quantum Circuits），并探讨了量子计算的内在可逆性。引入了Toffoli门和Fredkin门，论证了它们在可逆经典计算中的作用，并与量子门集进行了对比。 第8章：量子线路的优化与物理实现挑战：探讨了量子线路的深度和宽度优化问题，以及错误抑制的基本策略。简要概述了当前主要的物理实现平台（如超导电路、离子阱、光子等）在门保真度和相干时间上的优缺点。 第三部分：核心量子算法（第9章至第12章） 本部分是本书的精华，深入解析了几个具有里程碑意义的量子算法。 第9章：Deutsch-Jozsa 算法与查询模型：这是第一个展示量子计算在特定问题上超越经典计算的算法。详细解释了Oracle的设计、量子并行性（Quantum Parallelism）的应用以及如何利用干涉效应在一次查询中获得全局信息。 第10章：Grover 搜索算法：详细推导了Grover算法的扩散算符（Diffusion Operator）和反射算符（Reflection Operator）。通过几何直观和代数推导，展示了其平方级的加速优势，并讨论了优化迭代次数的策略。 第11章：Shor 分解算法的理论基础：这是量子计算最具颠覆性的算法之一。本章侧重于理论推导，包括经典数论中的模幂运算、周期寻找（Period Finding）问题，以及如何利用量子傅里叶变换（QFT）高效求解周期，从而实现大数分解。 第12章：量子傅里叶变换（QFT）及其应用：作为Shor算法的关键组成部分，本章单独详细介绍了QFT的定义、高效实现电路以及其在相位估计算法（Phase Estimation Algorithm, PEA）中的应用。 第四部分：量子模拟与计算（第13章至第15章） 本部分关注量子力学系统自身的模拟，这是量子计算机最自然的用途之一。 第13章：模拟量子多体系统：讨论了如何使用量子计算机模拟哈密顿量的演化。重点介绍Trotter-Suzuki分解方法，用于将复杂的指数演化分解为一系列可实现的量子门操作序列。 第14章：量子化学计算：将量子模拟应用于分子能级计算。详细介绍变分量子本征求解器（Variational Quantum Eigensolver, VQE）框架，包括ansatz的设计、能量的估计以及鞍点问题（Barren Plateaus）的挑战。 第15章：量子行走（Quantum Walks）：作为经典随机行走的量子类比，深入分析了离散时间和连续时间量子行走，并探讨了它们在图遍历和搜索问题中的潜在应用，展示了其比经典随机行走更快的扩散速率。 第五部分：量子信息学中的传输与安全（第16章至第18章） 本部分转向量子信息的传输、密码学和安全性问题。 第16章：量子隐形传态与超密编码：详细解析了量子隐形传态（Quantum Teleportation）的完整协议，解释了如何利用预先共享的纠缠和经典通信来传输未知量子态。同时讲解了超密编码（Superdense Coding）的原理。 第17章：量子密钥分发（QKD）：重点介绍BB84协议的安全性基础，基于不可克隆定理（No-Cloning Theorem）来保证窃听行为的可检测性。探讨了E91等基于纠缠的QKD方案。 第18章：量子隐写术与秘密共享：探讨了如何在量子态中隐藏信息（量子隐写术），以及如何利用纠缠和测量将一个秘密安全地分配给多个参与者的量子秘密共享协议。 第六部分：容错量子计算与未来展望（第19章至第20章） 最后一部分关注如何应对现实中噪声和退相干的挑战。 第19章：量子纠错码：全面介绍量子纠错的核心思想，如对易测量（Commuting Measurements）和错误检测。详细推导并分析了Shor码、Steane码和表面码（Surface Codes），解释了它们如何保护量子信息免受特定类型的错误影响。 第20章：容错量子计算模型与前沿研究：讨论了逻辑量子比特的构建，并重点介绍了拓扑量子计算（Topological Quantum Computation）的概念，特别是其内在的抗噪声优势。最后，对当前研究热点如黑洞信息悖论中的量子信息应用进行了展望。 本书特色 本书的特点在于其理论深度与工程实践的平衡。每章后均附有精心设计的习题，涵盖了从概念验证到复杂算法推导的多个层次。大量的数学推导被清晰地呈现，辅以直观的物理图像和图示，力求使复杂的量子现象易于理解。本书旨在培养读者不仅能“使用”量子算法，更能理解其“为何有效”的研究能力。

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说实话，这本书的排版和装帧设计透露出一种低调的专业感。纸张的质量很好，即便是经常翻阅、用荧光笔做标记，也不会出现墨水洇开的尴尬情况。但真正让我津津乐道的，是它在“拓展阅读”和“常见问题解答”这两个板块上的用心。在某些相对基础的实验后面，作者会附带一些延伸性的讨论，比如关于现代分析技术发展趋势的简短介绍，这让原本可能略显过时的实验内容，增添了与时俱进的感觉。而“常见问题解答（FAQ）”部分，简直是救星。它不是那种模棱两可的解答，而是直面学生最常犯的错误和最常产生的疑惑。比如“为什么我的沉淀总是呈胶状难以过滤？”这类实操中遇到的具体难题，书里都有清晰的、基于化学反应机制的解释。这体现了作者对教学实践的深刻理解，他仿佛全程陪伴在实验台旁，预判了学生可能遇到的所有“卡点”。这种将教学反馈融入教材本身的做法，极大地增强了教材的实用性和指导性，让学习过程更加顺畅，减少了求助他人的频率。

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从一个纯粹的实践者角度来看，这本书的实验设计充满了巧妙的递进关系。它不是按照分析化学的理论分支（如定性、定量、仪器分析）来线性划分的，而是更侧重于技能的培养链条。最早的实验往往专注于基础的称量、溶解、过滤这些“基本功”，确保动手能力过关。随着章节的深入，实验的复杂度和对操作精度的要求也同步提升，比如从简单的酸碱滴定，过渡到更复杂的氧化还原滴定，再到涉及分光光度的测定。这种循序渐进的难度设置，有效地避免了“一步登天”带来的挫败感。更值得称赞的是，它在材料准备和试剂配制的部分，详细到令人发指的程度。它不仅告诉你“需要0.1 M的盐酸”，还会告诉你“如何用浓盐酸（密度1.18 g/mL, 质量分数37%）准确配制该浓度的盐酸溶液，并计算好所需体积的误差范围”。这种对细节的极致追求，让学生在刚接触高精度实验时，就能建立起严谨的规范意识，避免了因为初始配置错误而导致整个实验结果失真的情况。

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这本书的书名让我眼前一亮，我原以为它会是一本严谨到枯燥的教科书，没想到它在内容编排上充满了巧思。一开始翻开的时候，我就被它清晰的逻辑结构所吸引。作者似乎深谙初学者的困惑，将那些复杂的理论概念，通过日常生活中触手可及的例子进行阐释，比如用稀释果汁的浓度变化来比喻溶液的配制，这种接地气的讲解方式，大大降低了我的畏难情绪。更让我印象深刻的是，书中的插图和图表制作得非常精美且具有指导性。它们不仅仅是装饰，更是对文字内容的有力补充。特别是那些关于仪器操作的步骤分解图，细致入微，即便是第一次接触精密仪器的我，也能大致明白其工作原理和使用流程。这本书的叙述风格是那种沉稳中带着鼓励的，它不会一味地指责实验失败的可能，而是引导你去思考失败的原因，培养一种科学探究的韧性。我特别欣赏它在安全规范上的强调，用近乎于苛刻的态度来要求实验者的操作细节，这对于一个重视实践的领域来说，是极其负责任的表现。总的来说，它为我建立了一个坚实的基础认知框架，让我对接下来的学习充满了期待。

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阅读这本书的过程，其实是一次对科学思维的重塑之旅。它最独特的地方在于，它对“背景知识”的引用极其精准而恰当。在介绍如何使用某些大型精密仪器时，它不会像某些工具手册那样，只给出操作按钮的说明，而是会用简短的篇幅，解释该仪器背后的物理或化学基础，比如质谱仪的离子化原理，或者色谱柱的分配系数。这种“知其所以然”的深度，让学习者能够更灵活地应对仪器在实际操作中出现的任何非标准状态。此外，书中对实验报告的撰写指导也堪称典范。它不仅要求列出数据和结果，还非常强调对实验中所有观察到的异常现象的记录和解释。这一点非常关键，因为很多时候，那些“意料之外”的发现，才是真正推动科学进步的火花。这本书引导我从一个单纯的“执行者”转变为一个主动的“记录者”和“思考者”，让每一次实验都不仅仅是完成任务，而是一次有价值的知识积累过程。

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我拿到这本“分析化学实验”后，最大的感受就是它在理论与实践的平衡把握上达到了一个很高的水准。很多实验书籍往往偏重于步骤罗列，读起来像是菜谱，缺乏背后的科学逻辑支撑。但这本书不同，它在每一个实验项目开始前，都会用一段精炼的文字，迅速回顾支撑该实验的核心化学原理——不是冗长的公式堆砌，而是直击要害的原理阐述。这种“先知其所以然，再行其所以然”的编排顺序，极大地提升了我的学习效率。例如，在讲解容量分析时，它对滴定终点的判断，从肉眼观察到电化学指示剂的切换，各种方法的优劣和适用条件都分析得鞭辟入里，让人明白为何要选择某种特定的指示剂，而不是盲目地套用。此外，书中对于误差分析的部分也处理得非常到位，它没有停留在简单的“随机误差”和“系统误差”的分类，而是深入探讨了如何通过实验设计来最小化这些误差，这对于追求高精度测量的学生来说，简直是宝藏章节。读完前几章，我感觉自己不仅仅是在学习“如何做实验”，更是在学习“如何像一个分析化学家一样思考问题”。

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