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出版者:Harwood Academic (Medical, Reference and Social Sc

作者:Brodova, I.G.

出品人:

页数:288

译者:Kozlenkov, A.I.

出版时间:2001-10

价格:$ 124.30

装帧:HRD

isbn号码:9789056992293

丛书系列:

图书标签:

• 液态金属
• 金属加工
• 材料科学
• 铸造
• 凝固
• 热力学
• 相变
• 流体力学
• 表面工程
• 新型材料

好的，以下是一本名为《量子计算与信息论基础》的图书简介，它完全不涉及“Liquid Metal Processing”的主题： --- 《量子计算与信息论基础》 内容简介 本书旨在为读者构建一个坚实而全面的量子计算与信息论知识框架。它不仅深入探讨了支撑这一新兴领域的基本数学原理和物理学概念，更着重于构建通往前沿研究和实际应用所需的理论工具箱。全书结构严谨，逻辑清晰，适合作为高等院校物理学、计算机科学、数学、电子工程等专业本科高年级或研究生阶段的教材，同时也为科研人员和希望深入了解量子信息科学的工程师提供了一份详尽的参考指南。 第一部分：量子力学的基本公设与数学表述 本书伊始，我们首先从基础出发，系统回顾并严格阐述量子力学的基本公设。不同于传统物理学对经典概念的直观引入，本书强调使用抽象的数学语言来描述量子现象。 我们从希尔伯特空间（Hilbert Space）的概念入手，详细介绍了向量空间、内积、基矢、算符（Operators）的概念。重点讲解了狄拉克符号（Bra-ket Notation）的规范用法及其在量子态描述中的强大威力。本书对自伴随算符（Hermitian Operators）在可观测量表征中的作用进行了深入剖析，并阐述了本征值（Eigenvalues）和本征态（Eigenstates）的物理意义，即测量结果的概率分布。 矩阵力学与波动力学的统一性被清晰地展示出来，但叙述的重点始终放在如何利用线性代数工具来处理多粒子系统。我们详细讨论了张量积（Tensor Product）在构建复合系统（如双量子比特系统）时的关键作用，这是理解纠缠现象的数学前提。 第二部分：量子比特与基本量子操作 在奠定数学基础之后，本书引入了信息论的核心载体——量子比特（Qubit）。我们细致区分了经典比特与量子比特在信息存储和处理上的本质区别，特别是叠加态（Superposition）和不可克隆定理（No-Cloning Theorem）的深远影响。 随后，我们详细剖析了单比特和多比特的酉变换（Unitary Transformations）。这些变换，作为量子计算中的基本逻辑门，被系统地分类和介绍。对泡利矩阵（Pauli Matrices）、哈达玛门（Hadamard Gate）、相位门（Phase Gates）的代数性质和几何表示（如布洛赫球 Bloch Sphere）进行了详尽的几何化解释。 本书的特色之一是对通用量子门集的探索。我们证明了诸如 CNOT（受控非门）、T 门和 H 门组成的集合足以实现任意精确的量子计算，并讨论了实现这些门的物理要求。此外，还引入了测量（Measurement）的数学框架，解释了测量对量子态的波函数“坍缩”效应，以及如何通过多次测量获得统计信息以推断量子态的全局性质。 第三部分：纠缠的量化与信息度量 纠缠（Entanglement）是量子信息科学的核心资源。本书投入大量篇幅来揭示纠缠的物理本质和量化方法。 我们首先引入了冯·诺依曼熵（von Neumann Entropy）作为衡量纯态系统量子纯度的关键工具，并将其推广到密度矩阵（Density Matrix）描述下的混合态。通过对约化密度矩阵（Reduced Density Matrix）的分析，读者将学会如何从整体系统中提取对局部子系统的信息。 量化纠缠的工具是本章的重点，包括对纠缠熵（Entanglement Entropy）的详细介绍，以及对贝尔不等式（Bell Inequalities）的深入探讨。我们不仅展示了如何利用贝尔态（Bell States）来区分经典关联与量子纠缠，还分析了CHSH不等式等具体实验判据，强调了这些理论工具在实验验证中的实践价值。此外，我们还讨论了互信息、量子相关性等其他信息度量学概念。 第四部分：核心量子算法与计算模型 本部分转向应用层面，聚焦于最具影响力的量子算法及其背后的计算范式。 我们详细剖析了Shor算法的原理，特别是其依赖的量子傅里叶变换（Quantum Fourier Transform, QFT）的构造和指数加速的来源，明确了其在因子分解问题上的革命性潜力。紧接着，对Grover搜索算法进行了细致的剖析，阐述了其平方加速的机制，以及如何在数据库搜索问题中实现这一优化。 除了这两个里程碑式的算法，本书还探讨了其他重要的量子计算模型和应用，包括量子模拟（Quantum Simulation）的基本思路、变分量子本征求解器（VQE）的概念框架，以及量子退火（Quantum Annealing）与经典优化问题的联系。 第五部分：量子信息传输与通信 在信息论的框架下，本书探讨了量子信息在传输和安全方面的独特优势。 量子隐形传态（Quantum Teleportation）作为核心主题，被完整地分解为理论步骤，清晰展示了如何利用预先共享的纠缠资源和经典信道，实现量子态的无损传输。这部分内容极大地加深了读者对纠缠“非定域性”的理解。 随后，本书转向量子密码学（Quantum Cryptography）。重点介绍BB84协议，详述了如何利用量子态的不可克隆性和测量敏感性，实现理论上绝对安全的密钥分发（Quantum Key Distribution, QKD）。我们分析了E91协议等其他基于纠缠的QKD方案，并讨论了实际系统中对“窃听者”的防御策略。 第六部分：实现量子计算机的挑战与展望 最后，本书将理论与物理现实连接起来，讨论了构建实用量子计算机所面临的工程挑战。我们概述了主要的物理实现方案，如超导电路、囚禁离子、拓扑量子位等，并对比了它们各自的优势与劣势。 关键的挑战——退相干（Decoherence）和错误修正（Error Correction）——被置于聚光灯下。我们介绍了基本的量子错误修正码（如Shor码和表面码）的原理，展示了如何通过冗余编码和局部操作，在存在噪声的环境下维持量子信息的完整性，这是实现大规模容错量子计算（Fault-Tolerant Quantum Computing）的必由之路。 总结 《量子计算与信息论基础》力求在数学的严谨性、物理的直观性和计算的实用性之间找到最佳平衡点。通过系统的学习，读者不仅能够掌握量子信息领域的核心理论，更能为未来的科研探索和技术创新打下坚实的基础。本书的最终目标是培养一批能够理解量子计算的深层潜力，并有能力参与构建下一代信息技术的专业人才。 ---

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