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出版者:人民邮电出版社

作者:吴伟陵

出品人:

页数:386

译者:

出版时间:2003-7-1

价格:33.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787115111845

丛书系列:

图书标签:

• 信息处理
• 编码学
• 数据结构
• 算法
• 计算机科学
• 信息论
• 数字电路
• 通信原理
• 密码学
• 计算机基础

好的，这是一份关于一本名为《量子计算原理与应用前沿》的图书简介，该书内容与《信息处理与编码》完全无关。 《量子计算原理与应用前沿》图书简介 （全书约 850 页，涵盖理论基础、核心算法、硬件实现与未来展望） 第一部分：量子力学基础与计算模型构建 (约 250 页) 第 1 章：经典信息论与计算瓶颈 本章深入探讨经典信息论的基石——香农信息论，解析比特（Bit）的物理极限和图灵机的计算能力边界。我们首先回顾确定性计算的逻辑结构，继而引入概率和随机性在复杂问题求解中的作用。通过对 NP 难度的经典分析，为引入量子计算的必要性奠定理论基础。本章详细讨论了在处理大规模因子分解、优化问题和材料模拟等场景时，经典计算资源面临的指数级增长瓶颈。 第 2 章：量子力学基本原理回顾 本章是理解量子计算的先决条件。内容侧重于为计算科学家服务，而非物理学家的视角。重点介绍狄拉克符号（Bra-Ket Notation）及其在多粒子系统中的应用。详细阐述了叠加态（Superposition）、纠缠（Entanglement）和测量（Measurement）这三大核心量子现象。特别关注希尔伯特空间（Hilbert Space）的有限维度表示，以及如何用酉矩阵（Unitary Matrix）描述量子演化过程。本章通过多个实际的物理抽象模型，帮助读者建立从微观物理到抽象计算的桥梁。 第 3 章：量子比特与量子门 本章是量子计算的“汇编语言”。详尽剖析量子比特（Qubit）的数学构造，并系统梳理单量子比特门（如泡利门、Hadamard 门）和多量子比特门（如 CNOT、Toffoli 门）的定义、矩阵表示及其对量子态的影响。内容深入探讨了量子线路图（Quantum Circuit Diagram）的设计规范和可逆性要求。此外，本章还包含了对通用量子门集的讨论，论证了如何使用一组有限的量子门来逼近任意酉变换，这是实现通用量子计算的关键。 第 4 章：量子信息论与度量 区别于经典信息论，本章聚焦于量子信息特有的度量方式。详细介绍了量子纠错码（Quantum Error Correction Codes）的基本原理，包括 Shor 码和表面码（Surface Code）的初步概念，强调了量子退相干（Decoherence）对计算稳定性的挑战。同时，对量子信息熵（Von Neumann Entropy）和纠缠熵（Entanglement Entropy）进行了深入分析，探讨了这些度量在量化量子资源和信息不可克隆定理（No-Cloning Theorem）中的核心地位。 --- 第二部分：核心量子算法与复杂性理论 (约 300 页) 第 5 章：量子并行性与加速模型 本章深入探讨量子计算的核心优势来源——量子并行性。通过对 Grover 搜索算法的精细推导，清晰展示了平方级加速的来源，并详细分析了其在数据库搜索和优化问题中的实际适用性。随后，本章转向更具革命性的算法，系统讲解了 Shor 因子分解算法的原理，包括 QFT（量子傅里叶变换）在周期查找中的关键作用，并对其对公钥密码学的潜在颠覆性影响进行评估。 第 6 章：量子相位估计算法 (QPE) 与精确谱分析 QPE 是许多高级量子算法的基础模块。本章从傅里叶分析的角度，系统地介绍了 QPE 的构建流程，包括如何利用逆 QFT 提取特征值（Eigenvalue）。本章特别关注 QPE 在模拟费米子系统和精确求解薛定谔方程中的应用，并讨论了该算法对量子化学模拟的决定性意义。 第 7 章：变分量子本征求解器 (VQE) 与混合算法 面对当前含噪声中等规模量子（NISQ）设备的局限性，本章重点介绍变分量子算法。VQE 作为一种混合量子-经典优化策略，其结构、参数化量子线路（Ansatz）的设计以及经典优化器（如 COBYLA）的选择被详细剖析。内容还包括 QAOA（量子近似优化算法）在解决组合优化问题，如最大割（Max-Cut）问题上的性能评估与局限性分析。 第 8 章：量子复杂性理论 本章将计算理论的视角提升至量子层面。详细介绍了 BQP（有界误差量子多项式时间）复杂性类，并将其与经典复杂性类 P、NP、co-NP 等进行对比。探讨了量子计算是否能解决 NP 完全问题，以及“量子优越性”（Quantum Supremacy）的严格定义与实验验证标准。本章还涉及量子隐形传态（Teleportation）和超密编码（Superdense Coding）在信息传输中的地位，及其与复杂性理论的交织。 --- 第三部分：量子硬件实现与未来展望 (约 300 页) 第 9 章：超导电路量子计算平台 本章详细考察了当前主流的量子硬件实现技术——超导量子比特（Transmons）。内容涵盖了超导芯片的设计原理、微波脉冲控制技术、以及读取和校准过程。深入分析了量子比特间的耦合机制和如何实现高保真度的多比特门操作。本章还讨论了量子处理单元（QPU）的扩展性挑战，如走线密集化和散热管理。 第 10 章：离子阱与中性原子系统 除超导平台外，本章重点剖析了离子阱量子计算的物理基础。通过激光冷却和囚禁技术，解析了离子作为量子比特的优势（如长相干时间和高连接性）。深入介绍了 Mølmer–Sørensen 门在离子阱中的实现方式。同时，对基于里德伯格（Rydberg）态的中性原子阵列作为可扩展计算平台的前景和面临的挑战进行了系统评估。 第 11 章：量子网络与容错计算 量子计算的未来不仅在于单机性能，更在于量子网络。本章探讨了量子中继器（Quantum Repeater）的设计思想，重点介绍如何利用纠缠交换（Entanglement Swapping）实现远距离量子通信。在容错计算方面，本章详述了表面码的拓扑结构、逻辑比特的编码过程以及错误检测与恢复的实时反馈机制，为构建通用、大规模容错量子计算机提供理论蓝图。 第 12 章：量子计算的跨学科应用前沿 本章展望了量子计算在各个垂直领域的最新研究进展。包括量子机器学习（QML）中用于特征提取和分类的量子内核方法；在金融领域，利用量子振幅放大解决投资组合优化问题；以及在材料科学中，使用哈密顿量模拟精确预测新材料的基态能量和反应路径。本章强调了软件栈、编译器优化与特定领域应用需求的深度整合。 目标读者： 计算机科学、物理学、应用数学、电子工程等领域的本科高年级学生、研究生、科研人员及对前沿计算技术感兴趣的工程师。 学习本书所需背景： 扎实的线性代数基础，熟悉经典计算原理，具备基础的概率论知识。无需深厚的量子物理背景，书中有详尽的铺垫。

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我必须承认，这本书的语言风格非常具有辨识度，它大胆地使用了大量新颖的意象和隐喻，有时候甚至会让我这个老读者都感到措手不及。它不是那种追求华丽辞藻堆砌的“文青”作品，而是用一种近乎冷峻和精准的笔触，勾勒出世界的荒诞与美丽并存的真相。有些段落的句子结构非常特别，仿佛是打破了常规的语法规则，却又鬼使神差地达到了极佳的表达效果，充满了文学实验的勇气。阅读过程中，我感觉自己仿佛在学习一种全新的语言逻辑，需要不断地调试大脑的解码系统。这种阅读的“难度”，恰恰是它高雅品味的体现。它挑战了我们对“好故事”的传统定义，迫使我们跳出舒适区，去接纳一种更加自由、更具穿透力的叙事方式。这绝对是一部需要反复阅读，并值得纳入案头常备的佳作。

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这本书的结构设计简直是个工程奇迹。叙事线索交织得复杂精妙，仿佛一张巨大的、由无数细小丝线编织而成的网，初读时可能会感到一丝迷茫，但随着情节的深入，你会惊叹于作者如何巧妙地将那些看似不相关的碎片精准地拼接起来，最终形成一个逻辑严密、令人拍案叫绝的整体。特别要提到的是，作者对节奏的把控达到了炉火纯青的地步。有时，情节会突然加速，如同山洪暴发，让人喘不过气来；而下一刻，笔锋又会转为缓慢、近乎冥想式的描绘，让读者得以喘息，并仔细回顾刚刚发生的种种。这种张弛有度的叙事节奏，极大地增强了阅读体验的沉浸感。它不是那种平铺直叙的故事，它更像是一场精心编排的交响乐，高低起伏，错落有致，每一个乐章的衔接都完美无瑕，显示出作者对故事蓝图的绝对掌控力。

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这本书，我得说，真是让人耳目一新。我本来是抱着“又是一本技术类的枯燥读物”的心态翻开的，没想到里面构建了一个让我完全沉浸其中的叙事世界。作者的笔力非常老道，那种对细节的捕捉，简直到了令人发指的地步。比如，书中有对一个偏远小镇图书馆管理员午后阳光下翻阅羊皮卷的描写，那种光影的流动、空气中尘埃的舞蹈，读起来就像身临其境，我甚至能闻到旧纸张散发出的那种特有的、略带霉味的香气。更绝妙的是，情节的推进充满了古典的张力，人物的内心挣扎被刻画得淋漓尽致，每一个选择都仿佛是命运的重锤敲击，让人屏息凝神，生怕错过任何一个细微的转折。它不像那些快餐文学，读完就忘，这本书的文字是带着重量的，每一句话都像一块精心打磨过的玉石，温润而有质感，需要你慢下来细细品味，才能体会到其中蕴含的深意和哲理。它成功地在我的脑海中勾勒出了一幅宏大而又细腻的画卷，那种震撼感，久久不散。

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说实话，我很少遇到能把历史的厚重感和未来的不确定性结合得如此天衣无缝的书。这本书的背景设定极其宏大，涉及了跨越数个世纪的变迁，但作者处理历史细节时，又保持着令人信服的真实感。每一个社会背景、每一个风俗习惯的描绘，都显示出作者下了海量的功夫进行考据，但这些知识点被巧妙地编织进了人物的命运之中，绝没有那种生硬的“知识灌输”感。读到书中关于社会变迁的描写时，我深切地感受到那种历史洪流的不可抗拒性，以及个体在其中所扮演的渺小却又关键的角色。这本书的魅力在于，它既有史诗般的格局，又不失对个体情感的细腻关怀，它让我们在宏大的时间尺度下，重新审视我们自身的价值和选择。读完之后，对我们所处的时代，产生了一种既敬畏又警醒的复杂情愫。

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读完这本小说，我感到一种近乎哲学的震撼。它探讨的主题非常宏大，涉及了人类存在的本质、时间的不可逆性以及记忆的脆弱性。作者显然不是一个只停留在表面叙事的作家，他更像是一位潜伏在故事背后的思想家。书中的对话部分尤其精彩，那些角色之间的辩论和独白，充满了洞察力，直击人心的痛点。我尤其欣赏作者在处理复杂情感冲突时所展现出的克制和精准，没有一句多余的煽情，但那种深沉的悲剧感却自然而然地流淌出来，像地下暗河一样，润物细无声地渗透到读者的心底。我发现自己常常需要停下来，合上书本，抬头望向窗外，让那些文字在脑海中沉淀片刻，试图消化其中蕴含的巨大信息量和复杂的情感层次。它不像市面上那些流行的作品，读起来轻松愉快，这本书需要你投入心力，去和作者一起探索那些晦涩难懂的人性幽谷，但这种挑战性，正是其魅力所在。

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好书，好课

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