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出版者:高等教育齣版社

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頁數:0

译者:

出版時間:1900-01-01

價格:25.0

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isbn號碼:9787040064834

叢書系列:

圖書標籤:

• 計算機基礎
• 應用
• 入門
• 辦公軟件
• 信息技術
• 計算機應用
• 基礎知識
• 技能
• 學習
• 教材

《量子計算與信息科學前沿》內容概要 圖書主題： 本書深入探討量子計算的理論基礎、核心算法、硬件實現以及其在信息科學、材料科學、金融建模等前沿領域的顛覆性應用潛力。 目標讀者： 具備紮實的綫性代數、概率論和基礎物理學知識的高年級本科生、研究生、科研人員，以及對未來計算範式抱有濃厚興趣的專業人士。 --- 第一部分：量子信息與計算的基石 本部分旨在為讀者構建理解量子計算所需的數學和物理基礎框架，強調量子力學原理如何轉化為可操作的計算資源。 第一章：經典信息論的局限與量子態的引入 本章首先迴顧香農信息論在處理復雜係統中的固有瓶頸，引齣對非經典信息載體的需求。隨後，詳細闡述量子比特（Qubit）的概念，對比經典比特的確定性與量子比特的疊加態特性。引入狄拉剋符號（Bra-ket Notation）作為描述量子態的標準語言，並解釋如何通過張量積來錶示多量子比特係統。著重分析量子態的純度與混閤度，以及量子測量如何導緻波函數的坍縮，這是量子計算與經典計算最根本的區彆所在。 第二章：量子力學的數學結構 深入探討支撐量子計算的數學工具。詳細解析希爾伯特空間的維度與結構，討論量子態的規範化條件和概率解釋。重點介紹酉矩陣（Unitary Matrices）在量子演化中的核心地位，論證其保持概率守恒的性質。本章將詳盡闡述張量積在構建復雜多體係統波函數時的應用，並引入密度矩陣（Density Matrix）作為描述混閤態和子係統狀態的必備工具。 第三章：量子門與基本電路構造 本章是構建量子算法的基石。係統地介紹單比特量子門，如泡利矩陣 $X, Y, Z$ 門、Hadamard (H) 門，及其在實現鏇轉和糾纏操作中的作用。隨後，重點解析雙比特門，特彆是受控非門 (CNOT)，闡明其在産生最大糾纏態（貝爾態）中的不可替代性。最後，本章會討論量子計算的通用性：證明僅需一組基本門（例如，H, T, CNOT）即可構建任意酉變換，從而奠定量子電路模型的可編程基礎。 第四章：量子糾纏的度量與應用 糾纏態是量子計算和量子通信的“燃料”。本章超越定性描述，引入量化指標來衡量糾纏的程度，如糾纏熵（Entanglement Entropy）和糾纏見證（Entanglement Witness）。通過分析GHZ態和W態等典型多體糾纏態，闡釋糾纏在並行計算加速中的潛在機製。同時，探討糾纏在量子隱形傳態（Quantum Teleportation）和超密編碼（Superdense Coding）中的實際應用案例。 --- 第二部分：核心量子算法與計算範式 本部分專注於講解現有領先的量子算法，分析其加速的理論來源，並對比不同的量子計算模型。 第五章：量子並行性與格羅弗搜索算法 本章詳細剖析量子計算區彆於經典計算的核心優勢——量子並行性。通過解釋振幅放大（Amplitude Amplification）的原理，揭示如何利用量子乾涉來增強特定解的概率。重點剖析格羅弗（Grover）搜索算法，闡明其相對於經典暴力搜索的平方加速因子 ($mathcal{O}(sqrt{N})$)，並結閤具體實例（如數據庫搜索和組閤優化問題）展示其實際意義。 第六章：秀爾因子分解算法的深入解析 秀爾（Shor）算法是量子計算最具顛覆性的成果之一。本章將分解其復雜結構，從量子傅裏葉變換 (QFT) 的高效計算入手，逐步推導齣如何利用周期查找子例程來高效地解決大數因子分解問題。本章會強調該算法對現有公鑰密碼學體係（如RSA）構成的理論威脅，並引導讀者思考後量子密碼學的必要性。 第七章：量子模擬與變分算法 針對當前噪聲中型量子（NISQ）設備的技術限製，本章聚焦於容錯計算齣現前的實用算法。重點介紹變分量子本徵求解器 (VQE)，分析其混閤量子-經典迭代過程，特彆是在模擬分子電子結構和化學反應路徑中的應用。同時，闡述量子近似優化算法 (QAOA) 在解決組閤優化問題（如最大割問題）中的潛力，並探討其性能與經典啓發式算法的對比。 第八章：量子退火與絕熱計算模型 本章介紹與電路模型並行的另一種主流計算範式——絕熱量子計算。解釋絕熱定理在保證計算過程中係統始終處於基態的重要性。詳細分析量子退火機（Quantum Annealer）的工作原理，對比其與通用門模型量子計算機的異同，並討論其在優化問題求解中的獨特優勢與局限性。 --- 第三部分：量子硬件與未來挑戰 本部分將視角轉嚮物理實現層麵，審視當前主流的量子硬件平颱，並展望實現可擴展、容錯量子計算機所麵臨的工程與理論難題。 第九章：主流量子比特的物理實現 本章對當前領先的量子硬件平颱進行全麵對比分析： 超導電路量子比特： 介紹Transmon、Xmon等設計，討論其操作速度、相乾時間及其擴展性麵臨的串擾挑戰。 囚禁離子係統： 闡述如何利用激光和電磁場精確控製單個離子的能級，分析其高保真度的優勢和通信互聯的難題。 拓撲量子比特： 探討基於非阿貝爾任意子（Non-Abelian Anyons）的理論優勢，重點解釋其固有抗噪聲的特性，以及當前實驗進展的瓶頸。 其他新興平颱： 簡要介紹半導體自鏇量子點、光子係統等技術的最新進展。 第十章：量子誤差的抑製與容錯編碼 量子態的脆弱性是實現實用量子計算的最大障礙。本章深入探討退相乾（Decoherence） 機製，並係統介紹量子誤差校正（QEC） 的理論。詳細解析幾種關鍵的編碼方案，如錶麵碼（Surface Code）和Steane碼，闡明如何通過冗餘編碼將邏輯量子比特的壽命延長，並解釋閾值定理（Threshold Theorem）對構建容錯量子計算機的指導意義。 第十一章：量子通信與網絡化 量子計算的未來形態可能是分布式網絡。本章探討量子中繼器（Quantum Repeater） 的設計原理，這是實現遠距離量子通信的關鍵技術。討論如何利用糾纏交換和糾錯技術來剋服光縴損耗。此外，還將介紹量子密鑰分發（QKD） 的不同協議（如BB84），並探討量子網絡在數據安全與分布式計算中的潛在角色。 第十二章：量子計算的未來圖景與交叉學科影響 本章總結當前研究熱點和未來發展方嚮。討論量子機器學習（QML） 中數據集的製備、特徵映射和模型訓練的挑戰。展望量子化學模擬、新材料設計、以及金融衍生品定價等領域即將發生的範式轉變。最後，探討量子技術對信息安全、基礎物理學研究的深遠影響，鼓勵讀者在多學科交叉領域中尋找新的研究突破口。 --- 附錄： 常用量子計算軟件庫指南（Qiskit, Cirq等）及高級數學工具迴顧。

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這本書在“應用”這個核心概念的處理上，簡直是信口開河，缺乏任何前瞻性和實用性。例如，關於信息安全章節，它僅僅提到瞭“要設置復雜的密碼”，然後就結束瞭。這個“復雜”的標準是什麼？是長度、字符類型組閤，還是定期更換？書中沒有給齣任何可以量化的標準。更彆提現代信息安全麵臨的釣魚郵件識彆、雙因素認證（2FA）的設置與原理，以及如何安全地使用公共Wi-Fi，這些都是普通用戶每天都會遇到的安全隱患，書中完全沒有涉及。反觀其對“互聯網基礎”的介紹，它似乎還停留在撥號上網的時代，對雲計算、大數據、物聯網這些已經滲透到生活方方麵麵的技術名詞，僅僅是拋齣瞭概念，卻從未深入講解它們是如何影響我們日常使用的軟件和服務的。比如，當我使用在綫文檔協作時，這本書完全無法解釋背後的技術支撐，這讓我無法建立起一個完整的知識體係。讀完之後，我感覺我對計算機的瞭解，可能還不如我鄰居傢那個天天在網上衝浪的小學生。

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說實話，這本書的排版設計簡直是上個世紀的産物。字體選擇上，那種毫無生氣的宋體和微軟雅黑混用，看得人眼花繚亂。更要命的是，插圖的使用簡直是敷衍至極。當它試圖解釋什麼是“網絡拓撲結構”時，給齣的配圖是一張像素模糊、色彩失真的流程圖，綫條交錯復雜，完全看不齣任何邏輯關係，我用瞭快十分鍾纔勉強辨認齣那是個什麼鬼東西。如果不是我平時對網絡略知一二，恐怕早已被這張“圖”勸退瞭。接著是關於操作係統的部分，它花瞭大量篇幅講解Windows 98時代的界麵布局和快捷鍵，這在2023年的今天，顯得極其荒謬和脫節。難道作者認為現在的人還在使用那個古老的係統嗎？對於現代操作係統如Windows 10/11的界麵優化、雲端同步功能，甚至是macOS的基本操作邏輯，書中卻隻字未提，或者用一句輕飄飄的“現代係統已簡化操作”帶過。這哪裏是應用基礎？分明是一本活化石級彆的參考書，對於提升我的實際操作能力，幾乎零幫助。我感覺我買的不是工具書，而是博物館裏的展品說明。

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這本書的語言風格，也讓我感到十分疏遠和難以親近。它全程保持著一種極其官方、冷冰冰的學術腔調，仿佛在對一颱機器人下達指令，而不是與一個渴望學習新知識的人進行溝通。很多關鍵概念的解釋，都采用瞭復雜的從句和倒裝句式，讀起來需要反復咀嚼纔能勉強理解其字麵意思，更彆提去體會其背後的深層含義瞭。例如，在解釋“內存與硬盤的區彆”時，作者使用瞭“易失性數據暫存區”和“非易失性持久化存儲介質”這樣的錶述，對於新手來說，這比直接說“內存是臨時記事本，硬盤是長期檔案櫃”要睏難百倍。我期待的“基礎讀物”應該像一位耐心友善的導師，用生動、形象的語言，將復雜的概念轉化為日常生活的比喻，讓我能夠快速建立起直觀的認識。但這本書完全沒有這種溫度，它更像是一份官方的、充滿瞭法律條文氣息的說明文檔，讓人在學習的過程中倍感枯燥和壓力，嚴重影響瞭學習的主動性和興趣。

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這本號稱“計算機應用基礎”的書，拿到手的時候，我的期待值其實挺高的，畢竟這個名字聽起來像是入門必備的寶典。然而，當我翻開第一頁，迎麵而來的就是一堆晦澀難懂的術語堆砌，感覺作者像是把某本大學教材的目錄直接拉過來當正文瞭。比如，關於文件係統的介紹，它花瞭整整三頁篇幅去闡述FAT32和NTFS的底層結構差異，這種深度對於一個初學者來說，簡直是災難。我當時需要的，是如何快速找到並整理我的工作文件，而不是去深究磁盤簇的分配機製。更讓我感到睏惑的是，書中對軟件操作的描述，總是停留在“點擊菜單欄的‘文件’選項”這種機械指令層麵，完全沒有結閤實際工作場景給齣任何有效的應用案例。比如，如何用Word排版一份正式的商業報告，或者用Excel進行復雜的數據透視分析，這些最基礎也最實用的技能點，這本書幾乎是一筆帶過，或者乾脆缺失瞭。整個閱讀過程，更像是在啃一本結構鬆散的工具手冊，而不是一本能夠指導我實際應用計算機的“基礎”讀物。我更希望看到的是，如何利用這些基礎知識去解決我日常工作中的痛點，而不是被一堆理論知識壓得喘不過氣來。

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我對這本書的整體結構和邏輯推進感到非常不適應，它更像是一係列零散知識點的堆砌，缺乏一條貫穿始終的主綫來串聯這些內容。比如，在前三章講解瞭硬件基礎後，第四章突然跳到瞭“電子商務的法律法規”，然後第六章又迴到瞭“如何正確清理電腦緩存”。這種知識點的跳躍性非常強，導緻我在閱讀時需要不斷地在不同章節之間來迴翻找，極大地打斷瞭我的學習節奏和思考連貫性。最好的應用基礎教材，應該能清晰地展示齣“硬件支撐軟件，軟件實現應用，應用解決問題”的邏輯鏈條。這本書在這方麵做得非常失敗。它沒有引導我理解為什麼我們需要某種硬件配置纔能流暢運行某個軟件，也沒有告訴我，為瞭實現某個應用目標（比如製作一個視頻），我需要哪些基礎技能組閤。整個閱讀體驗下來，我像是被扔進瞭一個巨大的工具箱，裏麵工具很多，但沒有說明書告訴你哪個工具應該在什麼時候用，用它來做什麼活兒。

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