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出版者:

作者:卡哈特

出品人:

页数:500

译者:

出版时间:2009-5

价格:53.00元

装帧:

isbn号码:9787302197966

丛书系列:大学计算机教育国外著名教材系列（影印版）

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《量子纠缠与未来计算》 内容概要 本书《量子纠缠与未来计算》深入探索了量子力学最奇妙的现象之一——量子纠缠，以及这一现象如何驱动着下一代计算技术的革命。我们将从基础理论出发，逐步深入到纠缠态的产生、操控、度量等关键技术，并详细阐述量子纠缠在构建通用量子计算机、实现量子通信、发展量子传感等前沿领域的应用前景。本书旨在为读者提供一个全面而深刻的理解，揭示量子纠缠如何改变我们解决复杂问题的方式，以及它将如何塑造我们的未来。 第一部分：量子纠缠的奥秘 第一章：量子世界的奇异基石 1.1 量子力学概览：超越经典直觉 本章将从历史角度回顾量子力学的诞生，介绍其与经典物理学的根本区别。我们将探讨波粒二象性、量子叠加态等核心概念，并以著名的双缝干涉实验为例，生动展示量子的非经典行为。同时，我们将引入量子态的数学描述，如狄拉克符号，为后续内容的理解奠定基础。 1.2 量子叠加：同时存在的多重可能性 我们将深入剖析量子叠加态的概念，解释一个量子系统如何能够同时处于多种状态的叠加之中。通过对量子比特（qubit）的介绍，我们将说明叠加态是如何赋予量子计算机超越经典比特的强大能力的。我们将讨论如何通过测量来“坍缩”叠加态，以及测量结果的概率性。 1.3 量子纠缠：超越时空的神秘连接 本章是本书的核心之一，我们将详细介绍量子纠缠这一令人着迷的现象。纠缠态是指两个或多个量子系统之间存在一种特殊的关联，无论它们相距多远，测量其中一个系统的状态会瞬时影响其他系统的状态。我们将通过贝尔不等式实验的理论和实验进展，展示纠缠态的非局域性，并驳斥“隐藏变量”理论的解释。我们将介绍常见的纠缠态，如贝尔态，并探讨其在量子信息科学中的重要地位。 1.3.1 纠缠态的产生机制：我们将介绍几种主要的纠缠态产生方法，包括通过弱相互作用、量子门操作以及光学器件（如分束器）等。 1.3.2 纠缠态的度量与表征：我们将讨论如何量化纠缠的程度，介绍一些常用的纠缠度量指标，如纠缠熵，并探讨如何通过实验手段对纠缠态进行精确测量和表征。 1.3.3 纠缠的非局域性与宏观实在性：本小节将进一步探讨量子纠缠对我们理解时空和实在性的哲学影响。我们将区分局域实在论和量子力学，并解释为何量子纠缠似乎违背了我们日常的直觉。 第二章：量子信息的编码与操作 2.1 量子比特（Qubit）的数学表示 本章将详细介绍量子比特作为量子信息基本单元的数学表示。我们将使用复数向量和矩阵来描述量子比特的状态，包括纯态和混合态。我们将深入理解Bloch球模型，直观展示量子比特的状态空间。 2.2 量子门：实现量子计算的基本逻辑单元 量子门是实现量子计算的基本操作，类似于经典计算中的逻辑门。我们将介绍单量子比特门，如Pauli门（X, Y, Z）、Hadamard门，以及它们对量子比特状态的影响。随后，我们将深入讲解多量子比特门，特别是CNOT门，它是实现量子纠缠和进行复杂量子算法的关键。我们将解释这些量子门是如何通过对量子态进行酉变换来实现的。 2.3 量子算法的设计思想 本章将介绍量子算法的设计理念，强调如何利用量子叠加、量子纠缠和量子干涉等量子特性来实现比经典算法更快的计算速度。我们将以Shor算法（用于大数分解）和Grover算法（用于无序数据库搜索）为例，浅显易懂地解释它们的工作原理和加速的来源，从而展现量子计算的颠覆性潜力。 第二部分：量子纠缠驱动的未来计算 第三章：通用量子计算机的构建 3.1 量子计算机的架构 我们将探讨构建通用量子计算机的不同技术路线，包括超导量子比特、离子阱、光量子计算、拓扑量子计算等。每种架构都有其优缺点，我们将分析它们在量子比特的相干时间、可扩展性、错误率等方面的挑战和优势。 3.1.1 超导量子比特：介绍超导量子比特的工作原理，包括约瑟夫森结、微波脉冲控制等。 3.1.2 离子阱量子计算：阐述如何利用电磁场囚禁离子，并用激光控制其量子态。 3.1.3 光量子计算：探讨利用光子作为量子比特，通过光学元件实现量子操作。 3.1.4 拓扑量子计算：介绍一种更具容错性的量子计算模型，基于非阿贝尔任意子。 3.2 量子纠错：应对量子退相干的挑战 量子系统对环境噪声非常敏感，容易发生退相干，导致量子信息丢失。本章将详细介绍量子纠错码的概念和原理，如Steane码、表面码等，解释它们如何利用多个物理量子比特来编码一个逻辑量子比特，从而提高计算的鲁棒性。我们将深入理解量子纠错的实现机制，以及其对于构建容错量子计算机的重要性。 3.3 量子算法的应用前景 一旦通用量子计算机得以实现，它将对科学和技术领域产生深远影响。我们将重点探讨其在以下几个方面的应用： 药物发现与材料科学：通过精确模拟分子和材料的量子行为，加速新药研发和新材料的设计。 优化问题：解决复杂的组合优化问题，如物流、金融建模、交通流量优化等。 机器学习：开发新的量子机器学习算法，以更高效地处理和分析海量数据。 密码学：虽然Shor算法对现有公钥密码体系构成威胁，但量子计算也将催生新的量子安全密码技术，这将在后续章节中进一步讨论。 第四章：量子纠缠在量子通信中的应用 4.1 量子密钥分发（QKD） 量子纠缠为实现理论上不可破解的密钥分发提供了可能。我们将详细介绍基于量子纠缠的QKD协议，如E91协议。我们将解释纠缠态如何被用来生成共享密钥，以及窃听行为如何不可避免地扰动纠缠态，从而被通信双方察觉。我们将讨论不同QKD方案的优缺点以及其在实际应用中的挑战。 4.2 量子隐形传态（Quantum Teleportation） 量子隐形传态是利用量子纠缠将未知量子态从一个位置传输到另一个位置的关键技术，而无需实际传输物质本身。我们将深入解析量子隐形传态的原理，说明如何利用一对纠缠粒子和经典通信通道来实现信息的“传输”。我们将讨论其在未来量子网络构建中的作用。 4.3 量子网络与分布式量子计算 将多个量子处理器连接起来，形成量子网络，将是实现大规模量子计算和分布式量子信息处理的关键。本章将探讨量子网络的拓扑结构、量子中继器的作用，以及如何利用纠缠分发技术构建能够连接全球的量子互联网。 第三部分：量子纠缠与前沿探索 第五章：量子纠缠与量子传感 5.1 量子传感的原理与优势 量子传感器利用量子叠加和纠缠等效应，能够实现比经典传感器更高的精度和灵敏度。我们将介绍不同类型的量子传感器，例如利用原子钟测量时间、利用量子态测量磁场、电场以及重力场等。 5.2 纠缠增强的测量 通过利用纠缠态，可以突破经典测量的精度极限（如散粒噪声极限），实现所谓的“海森堡极限”的测量。我们将探讨如何设计实验来利用纠缠态来提高传感器的性能，例如在量子计量学和精密测量领域的应用。 第六章：量子纠缠的前沿研究与未来展望 6.1 宏观量子纠缠 虽然量子纠缠通常在微观层面被观察到，但科学家们正努力在宏观尺度上实现和探测量子纠缠，以探索量子力学与经典物理学的界限，并可能催生新的量子技术。 6.2 检验量子引力 量子纠缠在探索量子引力这一物理学中最深远的理论难题中扮演着重要角色。一些理论模型认为，时空本身可能是一种涌现的现象，而量子纠缠可能是其基本构成单元。 6.3 量子智能与意识 虽然这是一个高度 speculative 的领域，但量子纠缠的非局域性和信息处理能力引发了关于其是否与生物智能，甚至意识的产生有关的讨论。本章将对这些前沿的、尚在探索中的概念进行概述。 6.4 未来技术展望 我们将总结本书内容，并对量子纠缠驱动的未来技术进行展望。从药物研发到新材料设计，从通信安全到人工智能，量子纠缠将为人类社会带来前所未有的变革。我们将强调持续的研究和发展对于充分释放量子纠缠潜力的重要性。 本书《量子纠缠与未来计算》将带领读者踏上一段激动人心的知识探索之旅，揭示量子纠缠这一宇宙中最奇妙的现象如何成为引领我们走向更强大计算能力、更安全通信和更深刻科学理解的基石。

评分☆☆☆☆☆

我的工作是网游服务器开发，所以需要点密码学知识，但是不需要深入了解。 从这个上来说，这是一本不错的书。 让我对对称、非对称加密、Kerberos有了一定的了解。基本上满足工作的需要了。 《应用密码学 -协议、算法与C源程序》也许很好，不过不需要这么深入了解，而且需要花...

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我给这本书打高分，还有一个重要原因，那就是它对于“防御思维”的强调，远超出了单纯的“攻击技术”描述。很多市面上的安全书籍往往热衷于展示如何攻破系统，而这本书却将重点放在了如何构建一个坚不可摧的堡垒。它细致地分析了各种常见攻击面——从缓冲区溢出到跨站脚本（XSS），但随后立刻紧接着探讨了在设计之初就如何规避这些风险。特别是在讨论身份验证机制时，作者不仅罗列了OAuth 2.0和OpenID Connect的协议细节，更深刻地分析了协议在不同实现阶段可能产生的“逻辑漏洞”，而非仅仅是实现错误。这种“预判式安全设计”的理念，对于正在负责系统架构的专业人士来说，价值无可估量。它教会的不是招式，而是内功心法，让你从设计源头就具备安全意识，这才是真正的“安全之道”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格真是独树一帜，充满了学者的洞察力和艺术家的细腻感。我发现作者似乎特别擅长用文学性的笔触去描绘冰冷的代码和严苛的数学逻辑。在描述早期的恩尼格玛密码机时，那种仿佛置身于二战密室的感觉被烘托得淋漓尽致，让人不禁为那些密码破译者的智慧而叹服。然而，当涉及到现代的零知识证明（ZKP）时，笔锋又转为极度的精确和清晰，每一个变量的引入、每一步逻辑的递进，都像是经过千锤百炼的雕塑。这种在严谨与灵动之间的完美切换，极大地降低了阅读门槛，同时也保证了内容的专业水准。它不是那种让人昏昏欲睡的教材，而更像是一场知识的盛宴，每翻一页都有新的惊喜，让你忍不住想一口气读完，生怕错过任何一个精彩的论断。对于那些渴望在技术学习中寻找美感的读者来说，这本书无疑是上乘之作。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和装帧也体现了出版方对读者的尊重。字体大小适中，行距合理，即便是长时间阅读，眼睛的疲劳感也明显减轻。更重要的是，书中穿插了大量高质量的图示和流程图，这些视觉辅助工具并非简单的装饰，而是对复杂概念的精准提炼。比如，在解释Diffie-Hellman密钥交换过程时，那张清晰的流程图，比长达千字的文字描述都要直观高效。这种对用户体验的重视，使得学习过程中的挫败感大大降低。我感觉作者和出版社非常理解技术学习者的痛点——那些晦涩难懂的部分，如何用最有效的方式传递信息。总而言之，这是一本在内容深度、逻辑清晰度和阅读体验上都做到了近乎完美的典范之作，绝对值得所有关注信息安全领域的人士收藏和细读。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得非常吸引人，那种深邃的蓝色调配上闪烁的数字光点，立刻就让人联想到信息世界的神秘与复杂。初读之下，我被作者那种娓娓道来的叙事风格深深吸引。它不像某些技术书籍那样干巴巴地堆砌公式和定义，而是更像在引导我们进行一场思维探险。书中对一些基础概念的阐述，比如“信息熵”或者“公钥体系的哲学基础”，都采用了非常形象的比喻，让即便是初次接触这些领域的读者也能迅速抓住核心要义。我尤其欣赏其中关于历史演进的叙述，它没有将密码学视为孤立的技术，而是将其置于人类文明的背景下，探讨了信息保密需求是如何推动技术革新的。那种将理论与实践、历史与未来融为一体的处理方式，让整个阅读过程充满了智力上的愉悦感，仿佛在解开一个个精心设计的谜题。这本书的结构安排也十分精巧，从宏观的视角逐渐深入到微观的细节，使得知识点的铺陈自然而流畅，丝毫没有突兀感。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和广度，绝对超出了我的预期。坦白说，我原本以为这会是一本偏向科普读物，但读到中后段，我才发现它对一些前沿算法的剖析达到了教科书级别的严谨性。举个例子，它对椭圆曲线加密（ECC）的数学原理讲解得极其透彻，作者似乎毫不吝啬地分享了自己对该领域研究的精髓。不仅仅是理论推导，书中还穿插了大量实际应用案例的分析，比如在区块链技术中的具体实现方式，以及在物联网安全场景下的挑战与对策。这种理论与实战的紧密结合，让书本上的知识立刻变得“活”了起来，不再是纸上谈兵。更令人称道的是，作者对于“安全边界”的讨论，非常富有哲学思辨性，他并不盲目推崇任何一种技术是万能的，而是强调了在特定场景下，安全策略的权衡取舍是多么重要。读完后，我对整个信息安全领域的认识被彻底刷新了，不再停留在简单的“加密/解密”概念层面，而是上升到了风险评估和系统韧性的高度。

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