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出版者:北京理工大學齣版社

作者:高巍

出品人:

頁數:336

译者:

出版時間:2004-9

價格:28.00元

裝幀:

isbn號碼:9787564003135

叢書系列:

圖書標籤:

• 計算機基礎
• 大學教材
• 高等教育
• 計算機科學
• 信息技術
• 入門教程
• 基礎知識
• 學科教材
• 專業課程
• 計算機原理

好的，以下是為您構思的一份圖書簡介，該書名為《量子計算與信息科學前沿探索》，其內容完全不涉及《大學計算機基礎》中的基礎知識，而是專注於新興的、高深的計算理論和物理學交叉領域。 --- 量子計算與信息科學前沿探索 一部跨越經典與量子的深度探究 作者： [此處可填入虛構的權威學者姓名，例如：陳宇航、伊麗莎白·沃特森] 齣版社： 理論物理與信息工程聯閤齣版社 定價： ￥188.00 開本： 16開 頁數： 約 950頁 --- 內容概要：超越比特的邊界 本書旨在為具備紮實數理基礎（微積分、綫性代數、概率論）的讀者提供一份深入、前沿的量子計算與信息科學導論及進展報告。我們徹底摒棄瞭傳統計算機科學中對布爾邏輯、馮·諾依曼結構、操作係統原理或基礎編程語言的講解，而是將焦點集中於量子力學原理在信息處理中的應用，探索如何利用自然界最底層的規則來顛覆我們對計算能力的認知。 全書結構嚴謹，邏輯遞進，從量子物理學的核心概念齣發，逐步構建起量子信息處理的數學框架，並詳盡分析瞭當前最尖端的算法、硬件實現挑戰與理論瓶頸。 第一篇：量子力學的基石與信息載體（第1章 - 第4章） 本篇是理解後續所有高級概念的物理基礎，重點在於建立從微觀世界到信息論的橋梁。 第一章：薛定諤方程與量子態空間 深入探討瞭非相對論性量子力學的基本公設。詳細解析瞭波函數$Psi$的物理意義，著重講解瞭希爾伯特空間（Hilbert Space）的結構，以及如何用狄拉剋符號（Bra-ket Notation）精確描述多體係統。重點關注量子態的完備性、正交性與歸一化。 第二章：算符、觀測與量子演化 係統闡述瞭厄米算符（Hermitian Operators）作為可觀測量的數學錶示。詳細分析瞭時間演化算符$U(t) = e^{-iHt/hbar}$的性質，以及測量的“坍縮”過程在信息論中的概率解釋。引入瞭密度矩陣（Density Matrix）對混閤態和不可完全製備係統的處理。 第三章：量子比特（Qubit）的精確定義與單比特操作 不同於經典比特的0或1，本章精確定義瞭量子比特的狀態嚮量$alpha|0 angle + eta|1 angle$。深入剖析瞭泡利矩陣（Pauli Matrices $sigma_x, sigma_y, sigma_z$）和Hadamard門（H Gate）的幾何意義，將其置於布洛赫球（Bloch Sphere）上進行直觀展示，強調鏇轉操作即是信息操作。 第四章：多體係統與糾纏的誕生 這是全書的理論核心之一。詳細分析瞭兩個或更多量子比特組成的復閤係統。重點講解瞭張量積（Tensor Product）如何構建高維希爾伯特空間，並對貝爾態（Bell States）——最基礎的四種最大糾纏態——進行瞭詳盡的代數和物理推導。深入探討瞭糾纏熵（Entanglement Entropy）作為係統復雜性度量的意義。 第二篇：量子電路模型與核心算法（第5章 - 第9章） 本篇從物理抽象轉嚮信息工程的實際構建，聚焦於通用量子計算機的邏輯藍圖。 第五章：量子門集與通用性 講解瞭構成通用量子計算的最小門集（Universal Gate Set），例如包含單比特鏇轉門和受控非門（CNOT Gate）。詳述瞭CNOT門作為量子邏輯非綫性操作的關鍵作用，以及如何利用它來實現任意兩個量子比特之間的酉變換。 第六章：量子傅裏葉變換（QFT）及其在算法中的地位 細緻推導瞭量子傅裏葉變換的矩陣形式及其高效性。與經典FFT相比，強調其指數級的加速潛力。QFT是後續所有高速算法的加速引擎，因此本章的數學推導極為詳盡。 第七章：秀爾算法（Shor's Algorithm）的數學結構 全麵剖析瞭用於大數因式分解的秀爾算法。重點放在其核心子程序——周期尋找（Period Finding）的實現路徑，該路徑完全依賴於QFT和量子相位估計算法（Quantum Phase Estimation, QPE）。本書不對數論基礎做過多解釋，而是聚焦於如何將模指數運算映射到量子電路的酉操作序列上。 第八章：格羅弗搜索算法（Grover's Algorithm）的優化 分析瞭量子搜索算法的二次加速原理。詳細闡述瞭“振幅放大”（Amplitude Amplification）的技術，並用幾何投影的方法解釋瞭Grover迭代（Grover Iteration）如何逐步將目標態的概率幅推嚮峰值。探討瞭在實際噪聲環境下，最優迭代次數的確定問題。 第九章：變分量子本徵求解器（VQE）與量子優化 本章轉嚮NISQ（Noisy Intermediate-Scale Quantum）時代的實用模型。詳細介紹VQE的工作流程：將哈密頓量映射為量子電路，結閤經典優化器（如梯度下降）迭代調整參數化量子綫路（Ansatz）以尋找係統的基態能量，這在量子化學模擬中至關重要。 第三篇：量子信息傳輸與誤差抑製（第10章 - 第13章） 本篇探討量子信息的傳輸、安全性和對物理噪聲的抵抗機製。 第十章：量子隱形傳態（Teleportation）的機製與非定域性 深入分析瞭隱形傳態的完整三步協議，強調其對貝爾態和經典信道依賴性的內在要求。本章著重討論瞭愛因斯坦-波多爾斯基-羅森（EPR）佯謬與定域實在論的衝突，這是信息傳輸層麵的深刻哲學挑戰。 第十一章：量子糾錯碼（QECC）原理 這是保證未來大規模量子計算可行的關鍵技術。不再討論經典檢錯碼，而是專注於描述如何編碼信息到高維希爾伯特空間中以抵抗位翻轉（Bit-flip）和相位翻轉（Phase-flip）錯誤。重點講解瞭錶麵碼（Surface Code）的拓撲結構及其容錯閾值。 第十二章：量子密碼學與後量子安全 詳述瞭BB84協議的原理，並分析瞭其對量子竊聽的絕對安全性。更進一步，本章探討瞭應對未來量子計算機威脅的格密碼學（Lattice-based Cryptography）等經典密碼學的後量子備選方案，展示瞭密碼學領域的防禦性轉嚮。 第十三章：拓撲量子計算與新範式 作為前沿展望，本章介紹瞭超越標準量子電路模型的計算範式，特彆是非阿貝爾任意子（Non-Abelian Anyons）在拓撲量子計算中的潛力。探討瞭如何通過編織這些準粒子來執行計算，從而天然地抵抗局部噪聲乾擾。 --- 目標讀者與本書特色 目標讀者： 物理學、理論計算機科學、電子工程高年級本科生及研究生，以及希望從基礎層麵理解量子計算突破性潛力的科研人員。本書假設讀者已熟練掌握高等代數、概率統計及初步的綫性代數運算能力，無需任何關於編程、數據結構或操作係統的前置知識。 本書特色： 1. 純粹的理論深度： 拒絕“玩具式”的簡化介紹，所有核心概念均基於嚴謹的數學推導和量子力學公設。 2. 高度的交叉性： 緊密結閤數學物理、信息論和計算復雜性理論的前沿成果。 3. 麵嚮未來： 投入大量篇幅探討容錯計算、拓撲量子計算和量子機器學習的最新進展，而非停留在基礎概念復述。 閱讀本書，您將獲得理解下一代信息革命所需的，關於量子世界運作方式的最深刻洞察。

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