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出版者:电子工业出版社

作者:邓召义

出品人:

页数:220

译者:

出版时间:2002-8

价格:19.0

装帧:平装

isbn号码:9787505376694

丛书系列:

图书标签:

• 微型计算机
• 计算机维护
• 硬件维修
• 软件维护
• 系统维护
• 电脑维修
• 故障排除
• 计算机技术
• IT维护
• 电脑故障

深入解析：现代量子计算的基石与前沿突破 本书聚焦于当前计算科学领域最激动人心、最具颠覆性的分支——量子计算的原理、架构、实现技术以及它对未来信息处理的深远影响。 本书并非对传统电子设备或微型系统维护的探讨，而是将读者的视野带入到原子和亚原子粒子的奇妙世界，探究如何利用量子力学现象来实现远超经典计算机的计算能力。 第一部分：量子力学的基本原理与信息论的拓展 本部分旨在为读者建立理解量子计算的理论基础。我们不会讨论晶体管的物理特性或操作系统的底层结构，而是深入剖析支撑量子计算的物理学定律。 第一章：从经典比特到量子比特（Qubit） 本章详述经典信息论的局限性，并引入量子信息学的核心概念——量子比特。我们将详细解释叠加态（Superposition）的数学描述，如何用狄拉克符号（Bra-Ket Notation）精确表示一个处于多种状态的量子比特，以及测量操作如何导致波函数坍缩。书中会通过严谨的数学推导，展示叠加态如何为并行计算提供潜力。 第二章：量子纠缠：超越定域实在性的关联 纠缠是量子计算的“燃料”。本章将深入探讨爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”的量子纠缠现象。我们将用贝尔不等式和CHSH不等式来量化纠缠的强度，并分析贝尔态（Bell States）在构建多量子比特系统中的关键作用。这里，我们将专注于纠缠的生成、维持机制及其在量子通信中的应用潜力，而非传统系统中的信号串扰或数据同步问题。 第三章：量子门与量子电路 如同经典计算依赖逻辑门（AND, OR, NOT）一样，量子计算依赖一系列酉矩阵（Unitary Matrices）构成的量子门。本章将系统介绍单比特门，如泡利矩阵（Pauli Gates, X, Y, Z）、哈达玛门（Hadamard Gate, H）如何产生和操控叠加态。更重要的是，我们将重点分析双量子比特门，特别是受控非门（CNOT）作为构建通用量子计算机的核心资源，及其在实现复杂逻辑操作中的不可替代性。章节最后会构建出简单的量子电路图例，展示如何通过量子门的序列来实现特定的计算功能。 第二部分：量子计算的硬件实现与技术挑战 本部分将把理论转化为实际的工程挑战，探讨当前主流的物理平台如何承载和操作量子比特，这与硅基芯片的制造工艺和维护完全不同。 第四章：超导电路量子计算平台 本章详细考察当前最有希望实现大规模量子计算的超导比特技术。我们将解析约瑟夫森结（Josephson Junction）作为非线性电感元件，如何被用来构建Transmon等类型的量子比特。重点关注极低温（毫开尔文级别）环境对维持量子相干性的极端要求，以及微波脉冲如何作为精确的控制信号来执行量子门操作。我们讨论的焦点是退相干时间（Decoherence Time）的测量与延长，而非传统电子元器件的寿命管理。 第五章：离子阱与中性原子阵列 本章介绍基于捕获离子的量子计算方案。我们将阐述激光冷却与囚禁技术如何将单个离子悬浮于电磁场中，并利用离子的内部能级作为量子比特。重点分析激光驱动的受激拉曼跃迁（Stimulated Raman Transitions）如何实现高保真度的单比特和双比特操作。同时，也会涉及中性原子（如镱、铷原子）通过光镊（Optical Tweezers）阵列进行可扩展性构建的前景。 第六章：拓扑量子计算的理论展望 本章探讨一种更具容错潜力的计算范式——拓扑量子计算。我们将介绍非阿贝尔任意子（Non-Abelian Anyons）的概念，解释如何通过编织（Braiding）这些准粒子来编码和执行计算，从而实现对环境噪声的内在免疫。本书将侧重于其数学理论基础，特别是马约拉纳费米子（Majorana Fermions）在固态系统中的潜在实现途径。 第三部分：量子算法与未来应用前景 本部分将展示量子计算机一旦建成，将能解决哪些当前经典计算机无能为力的难题。 第七章：著名的量子算法：秀尔与格罗弗 本章是量子算法的基石。我们将详尽分解秀尔算法（Shor's Algorithm）的原理，阐述它如何利用量子傅里叶变换（Quantum Fourier Transform, QFT）在多项式时间内解决大数质因数分解问题，及其对现代公钥加密体系的潜在威胁。随后，我们将分析格罗弗算法（Grover's Algorithm），展示其如何通过量子搜索的振幅放大机制，实现对无序数据库的平方加速。 第八章：模拟与优化：量子计算的实际价值 本书的最后部分聚焦于量子计算在物理、化学和金融建模中的应用。我们将探讨变分量子本征求解器（VQE）等混合量子-经典算法如何用于精确模拟分子结构和电子态（如催化剂设计），以及量子退火（Quantum Annealing）在解决复杂的组合优化问题（如旅行商问题）中的应用。这部分内容完全围绕着探索新物质、新材料以及复杂系统的建模，与传统的系统性能优化和故障诊断毫不相关。 总结： 本书为读者提供了一套从底层物理原理到前沿算法的完整知识体系，旨在培养下一代在量子信息科学领域的专业人才。其内容全部围绕量子力学、量子信息理论、量子硬件架构和量子算法展开，与任何关于微型计算机硬件结构、操作系统内核、外设接口、数据存储介质维护或故障排除的知识体系均无交集。 读者将掌握理解和参与未来计算革命所需的理论工具。

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