Short Protocols in Neuroscience pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Crawley, Jacqueline N. (EDT)/ Gerfen, Charles R. (EDT)/ Rogawski, Michael A. (EDT)/ Sibley, David R.

出品人:

页数:610

译者:

出版时间:2006-10

价格:1158.00 元

装帧:Pap

isbn号码:9780471783978

丛书系列:

图书标签:

• 神经科学
• 神经生物学
• 实验方案
• 研究方法
• 神经技术
• 神经系统
• 脑科学
• 生物医学
• 实验室手册
• Short Protocols

好的，这是一本关于量子计算基础与应用的图书的详细简介： --- 量子计算：原理、算法与前沿探索 《量子计算：原理、算法与前沿探索》 旨在为物理学、计算机科学、数学及相关工程领域的科研人员、高级学生及技术专业人士提供一个全面、深入且严谨的量子计算导论。本书超越了对量子力学概念的初步介绍，致力于构建一个坚实的理论框架，并系统阐述当前最具前景的量子算法及其在解决复杂计算难题中的实际应用潜力。 本书结构清晰，逻辑严密，分为四个主要部分，层层递进，确保读者能够从基础概念逐步过渡到尖端研究领域。 第一部分：量子计算的物理基础与数学框架 本部分聚焦于为理解量子计算打下坚实的理论基石。我们首先回顾必要的量子力学背景，但重点在于如何将其映射到计算模型中。 1.1 量子力学基础回顾与计算视角： 本章详细阐述了量子态的描述（狄拉克符号）、态矢的演化（薛定谔方程与时间演化算符），以及测量过程的物理意义和概率诠释。关键在于引入量子比特（Qubit）作为基本信息单元，并用布洛赫球模型直观展示单比特的状态空间。 1.2 线性代数与量子信息： 量子计算本质上是线性代数的高级应用。本章深入探讨了复数向量空间、希尔伯特空间的概念，并着重介绍张量积在描述多量子比特系统中的核心作用。矩阵乘法、本征值分解、厄米算符（Hermitian Operators）等工具被系统地引入，用以描述量子操作。 1.3 量子门与酉演化： 本章是构建量子线路图的基础。详细分析了基本单比特门（如泡利门 $X, Y, Z$、Hadamard 门 $H$）和关键双比特门（如 CNOT、CZ 门）的矩阵表示及其物理操作。探讨了通用量子门集的概念，证明了有限数量的通用门足以实现任意酉变换，这是构建复杂算法的前提。此外，还讨论了量子线路图的绘制规范和简化技巧。 第二部分：量子算法的经典范式与设计 在掌握了基本工具后，本部分将重点介绍那些彻底改变了计算复杂性理论的标志性量子算法，并分析其与经典算法的性能差异。 2.1 量子并行性与Oracle模型： 解释了量子叠加态带来的量子并行性，以及它如何使得量子计算机在特定问题上实现指数级或多项式加速。详细定义了预言机（Oracle）在算法设计中的抽象角色，这是理解Grover和Deutsch-Jozsa算法的关键。 2.2 经典加速算法： 重点剖析了Deutsch-Jozsa算法，作为展示量子计算优势的第一个非平凡例子。随后，深入探讨Grover搜索算法。本书不仅提供算法步骤，更侧重于推导其收敛速度的精确表达式，并分析了“振幅放大”（Amplitude Amplification）技术的一般原理及其在优化问题中的潜力。 2.3 因子分解与量子傅里叶变换（QFT）： 详细介绍了Shor算法。本章将QFT作为核心组件进行独立且深入的讲解，阐述其与经典快速傅里叶变换（FFT）的区别，并展示QFT如何高效地用于周期查找问题。我们将严谨地证明Shor算法在因子分解上的指数级加速来源于对离散对数问题的有效求解。 2.4 量子模拟： 探讨了将物理系统（如分子、材料）的哈密顿量映射到量子电路上的方法。讨论了 Trotter-Suzuki 分解法，用于近似演化时间演化算符，为利用量子计算机模拟化学反应和材料科学问题奠定基础。 第三部分：量子纠错与容错计算 量子态的脆弱性使得量子计算的工程实现面临巨大挑战。本部分是连接理论与可扩展硬件的关键桥梁。 3.1 噪声与退相干： 系统分析了量子系统中主要的噪声源，如退相干（Decoherence）、弛豫时间 ($T_1$) 和相干时间 ($T_2$) 的物理机制。引入了量子过程的超算子（Superoperator）描述，并使用密度矩阵（Density Matrix）来处理混合态和开放量子系统。 3.2 经典量子纠错码： 介绍如何使用经典物理概念来检测和修正量子错误。详细阐述了Shor 9-比特码和Steane 7-比特码的编码、错误检测子和恢复操作。 3.3 拓扑量子纠错与表面码： 重点介绍现代容错计算的核心——表面码（Surface Codes）。分析其二维网格结构、稳定子测量以及如何利用局部操作实现全局纠错。讨论了表面码的容错阈值和实现容错逻辑门（如旋转和逻辑门的“熔断”操作）的基本思想。 第四部分：当前前沿与新兴计算模型 本部分着眼于超越标准电路模型的最新研究方向，探讨量子计算在解决特定领域问题上的新型范式。 4.1 量子近似优化算法（QAOA）： 针对组合优化问题（如最大割问题），详细介绍QAOA的混合量子-经典迭代结构。分析其性能依赖于电路深度和参数选择，并讨论其在当前“含噪声中等规模量子”（NISQ）设备上的应用前景。 4.2 变分量子本征求解器（VQE）： VQE是用于计算分子基态能量的关键算法。本书详述了VQE的变分原理、Ansatz（试探波函数）的设计策略，以及优化器（如梯度下降法）的选择。讨论了“色彩化方案”（Coloring Schemes）在减少VQE电路复杂性中的作用。 4.3 量子机器学习（QML）的理论基础： 探讨量子特征映射（Quantum Feature Maps）的概念，即如何利用高维希尔伯特空间来增强数据的可分性。分析了量子支持向量机（QSVM）和量子神经网络（QNN）的基本构建模块。 4.4 拓扑量子计算： 介绍了任意子（Anyons）的概念，以及如何利用任意子缠绕（Braiding）的拓扑不变性来构建对局部噪声免疫的量子计算机。简要概述了理论模型与实验探索的最新进展。 --- 本书特色： 数学严谨性： 所有算法和理论推导均基于严格的线性代数和量子力学框架，避免了不必要的简化。 代码实现指导： 每章关键算法后附有基于Qiskit和Cirq的伪代码和概念性实现指南（非完整运行代码），帮助读者将理论转化为实践。 深度专题讨论： 包含了对计算复杂性分类（BQP vs. P/NP）的深入探讨，并对量子霸权（Quantum Supremacy）的意义进行了审慎的分析。 《量子计算：原理、算法与前沿探索》是希望深入理解下一代计算范式的研究人员和工程师不可或缺的参考书。它不仅教授“如何做”，更深刻揭示了“为何能做到”背后的物理和数学原理。

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