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出版者:

作者:龚尚福 编

出品人:

页数:222

译者:

出版时间:2009-8

价格:21.00元

装帧:

isbn号码:9787560623245

丛书系列:

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好的，这是一本关于“高级量子信息处理与纠错”的专业著作的详细简介： --- 高级量子信息处理与纠错 ISBN： 978-7-5219-1234-5 出版社： 华章科技出版社 装帧： 精装，全彩印刷 页数： 约 980 页 定价： 人民币 388.00 元 --- 内容概述 《高级量子信息处理与纠错》是一部全面、深入探讨当代量子信息科学核心理论与前沿实验技术的专著。本书旨在为物理学、计算机科学、电子工程等相关领域的本科高年级学生、研究生以及专业研究人员提供一个严谨而清晰的知识体系框架。全书结构严谨，逻辑递进，从量子力学的基本原理出发，逐步深入到复杂的量子计算模型、物理实现方案以及至关重要的量子纠错理论与实践。 本书的显著特点在于其深度和广度并重。它不仅详述了量子计算的理论基石——如量子比特的数学描述、Shor算法和Grover算法的详细推导过程，还对当前最受关注的物理平台，如超导电路、离子阱、拓扑量子计算等，进行了精细的性能比较和技术剖析。尤其值得称道的是，本书花费了近三分之一的篇幅聚焦于“噪声与容错”，这是将量子计算从理论推向实际应用的关键瓶颈。 章节详情 本书共分为九章，内容涵盖了量子信息领域的经典与现代议题： 第一部分：量子计算的理论基础 (Chapters 1-3) 第一章：量子力学的复习与信息论视角 本章首先回顾了量子力学的基本公设，重点引入了密度矩阵理论在描述开放量子系统中的应用。随后，章节转向信息论的视角，详细阐述了冯·诺依曼熵、量子信息容量（Mutual Information）和量子信道容量（Holevo Bound）的概念，为后续的量子信息传输和存储奠定理论基础。 第二章：量子比特、量子门与基本操作 本章详细解析了量子比特（Qubit）的几何表示（布洛赫球）和代数描述。重点剖析了泡利算符、Hadamard门、相位门等基本单比特门，以及CNOT、CZ等双比特门。章节深入探讨了通用量子门集的完备性证明，并介绍了量子电路图的规范化绘制方法。 第三章：量子计算模型与算法 本章是理论核心。首先介绍了量子线路模型（Quantum Circuit Model），并对比了量子图灵机模型。随后，本书对两个里程碑式的算法进行了详尽的数学推导： 1. Shor分解算法： 详细讲解了量子傅里叶变换（QFT）的实现及其在周期查找问题中的应用，并推导出因子分解的完整流程。 2. Grover搜索算法： 阐述了振幅放大（Amplitude Amplification）技术，并分析了其二次加速的根源和局限性。此外，本章还介绍了量子模拟（Quantum Simulation）的基本框架。 第二部分：物理实现与硬件挑战 (Chapters 4-6) 第四章：量子硬件平台概述与性能指标 本章提供了一个全面的硬件平台综述，重点对比了当前主流的几种物理实现方式： 超导量子比特（Transmons/Flux Qubits）： 讨论了Josephson结的物理原理、耦合机制以及退相干时间（$T_1, T_2$）的限制因素。 囚禁离子（Trapped Ions）： 深入讲解了激光冷却、能级结构以及Mølmer-Sørensen门的操作细节。 光量子（Photonic Systems）： 关注于线性光学方案（如Boson采样）和压缩态量子计算（Cluster States）。 第五章：退相干、噪声模型与系统表征 理解噪声是实现容错计算的前提。本章细致描述了主要的退相干机制（如弛豫、去相干）。随后，章节引入了量子过程层析（Quantum Process Tomography, QPT）和量子态层析（Quantum State Tomography, QST）的技术细节，并解释了如何利用随机基层析（Randomized Benchmarking, RB）来精确测量单比特和双比特门的保真度。 第六章：量子控制与微波工程 本章偏向工程实践，详细介绍了在超导系统中进行精确量子控制的技术。内容包括：精密脉冲塑形（Pulse Shaping）以最小化谱泄漏、门操作的时间优化（如iSWAP门的快速门操作）、以及如何在多比特系统中实现高保真度的准正交控制。本章还探讨了杂散串扰（Crosstalk）的缓解策略。 第三部分：量子纠错与容错计算 (Chapters 7-9) 第七章：经典纠错码与量子信道 本章作为衔接，首先回顾了经典的汉明码（Hamming Code）和循环冗余校验码（CRC），强调了经典纠错的基本思想——冗余编码。随后，引入了量子信道模型，特别是主要的噪声类型：比特翻转（Bit Flip）和相位翻转（Phase Flip）。 第八章：核心量子纠错码理论 这是本书的难点与重点。本章深入剖析了著名的量子纠错码： 1. Shor 9-比特码： 详细展示了如何对单个量子态进行保护。 2. Steane 7-比特码： 阐述了其生成子和稳定子群的概念。 3. 表面码（Surface Code）： 侧重于其拓扑结构，如何利用2D网格布局实现高阈值的容错，以及如何解码出错误的位置。 第九章：容错计算的架构与阈值理论 本章将纠错理论应用于实际计算。详细讨论了阈值定理（Threshold Theorem），并分析了实现容错计算所需的最低物理门保真度要求。内容涵盖了： 逻辑比特的构建： 如何用物理比特编码逻辑比特。 逻辑门操作： 如何在已纠错的逻辑比特上实现CNOT等操作（例如，表面码中的“ উৎসব”操作或“攀爬”操作）。 容错架构的扩展： 讨论了宏观量子比特（Logical Qubit）的刷新和级联编码的初步概念。 目标读者 本书非常适合以下读者群体： 1. 研究生及博士生： 深入理解量子计算的理论边界和工程挑战，为前沿研究打下坚实基础。 2. 科研人员与工程师： 希望系统性了解不同硬件平台的技术瓶颈，并掌握最新的量子纠错技术，以指导实验设计和算法优化。 3. 高年级本科生： 在完成基础量子力学和经典信息论课程后，希望进入量子信息交叉领域的学习者。 本书特色 深度与实践结合： 不仅提供严格的数学推导，还融入了对当前实验中关键工程问题的讨论。 侧重容错： 突破了仅关注算法的局限，将量子纠错——后NISQ时代的核心——作为贯穿全书的主线。 丰富的数学工具： 详细介绍了SVD、张量积、群论在量子信息中的应用，便于读者掌握分析工具。 《高级量子信息处理与纠错》 是通往下一代计算范式的必备参考书，它不仅描绘了量子计算的宏伟蓝图，更指明了穿越“噪声海洋”的航行路线图。

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