[按需印刷] 量子计算机研究(下册)纠错和容错计算 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李承祖陈平形梁林梅戴宏毅 著

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店铺： 科学出版社旗舰店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030319456

商品编码：10241970896

包装：平装

开本：16

出版时间：2016-01-14

页数：328

字数：374

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《量子计算机研究（下册）：纠错与容错计算》 引言 量子计算，作为一项颠覆性的技术，正以前所未有的速度改变着我们对计算的理解和应用。其强大的并行处理能力和独特的量子现象，预示着在药物发现、材料科学、金融建模、密码学等诸多领域带来革命性的突破。然而，量子计算机的实现并非易事，它们极其脆弱，对环境噪声异常敏感，微小的干扰就会导致计算结果的错误。为了 harnessing 量子计算的潜力，并将其从理论走向实用，量子纠错和容错计算的研究显得尤为关键。 本书《量子计算机研究（下册）：纠错与容错计算》正是聚焦于这一核心挑战，深入探讨如何构建稳定、可靠的量子计算机。本书并非简单罗列各种纠错方案，而是系统性地梳理了量子纠错和容错计算的理论基础、关键技术、实现挑战以及未来发展趋势，旨在为读者构建一个全面、深入的认知框架。本书面向对量子计算有一定基础知识，并希望深入了解其工程化和实用化过程的研究人员、工程师、高年级本科生和研究生。 第一章：量子退相干与错误源分析 在深入研究纠错机制之前，理解量子计算机面临的威胁是必不可少的。本章将系统性地剖析量子计算中最棘手的敌人——量子退相干。我们将从物理层面探讨导致量子比特状态衰减的各种噪声源，包括： 环境噪声: 热噪声、电磁干扰、宇宙射线等外部因素如何耦合到量子比特，破坏其叠加和纠缠态。 控制误差: 施加在量子比特上的控制脉冲并非完美，其幅度、相位、频率的微小偏差都会引入错误。 读取误差: 量子比特的状态测量过程也并非百分之百准确，测量设备的不完善性会导致读取错误的发生。 比特翻转与相位翻转: 具体分析这些基本错误是如何改变量子比特的状态，以及它们对量子算法的影响。 串扰效应: 邻近量子比特之间的相互作用，尤其是在高密度集成时，可能引入意想不到的错误。 本章还将深入讨论如何量化这些错误，引入量子比特的相干时间、量子门的保真度等重要指标，为后续的纠错方案设计提供量化的依据。读者将了解到，量子退相干是实现可扩展量子计算的最大瓶颈之一。 第二章：量子纠错码的基本原理 量子纠错码是抵御量子退相干的关键武器。本章将从理论层面，深入浅出地介绍量子纠错码的核心思想和基本原理： 经典纠错码的启示: 回顾经典纠错码（如汉明码）的设计思想，以及它们如何通过冗余来检测和纠正错误。 量子纠错码的独特性: 强调量子信息不可克隆定理对量子纠错码设计的限制，以及为何需要全新的编码策略。 对称性与测量: 介绍如何利用量子比特之间的对称性，将量子信息编码到多个物理量子比特中，并通过测量辅助比特来检测错误，而又不泄露原始量子信息。 稳定子码: 重点讲解最重要的一类量子纠错码——稳定子码。我们将详细阐述稳定子群、稳定子算符的概念，以及如何通过稳定子测量来识别发生的错误。 几种基础的量子纠错码: 详细介绍几种具有代表性的量子纠错码，如： Shor码: 首次提出的能够纠正比特翻转和相位翻转的量子纠错码，虽然开销较大，但具有里程碑意义。 Steane码: 一种开销更小的量子纠错码，展示了如何利用希尔伯特空间的结构设计更高效的编码。 表面码 (Surface Code): 作为当前最有希望实现容错量子计算的候选方案之一，我们将详细介绍其二维 lattice 结构，以及利用近邻量子比特相互作用进行稳定子测量的具体实现方式。 本章将大量运用数学工具，包括线性代数、群论和量子信息理论，帮助读者理解量子纠错码的编码、解码和纠错过程。 第三章：容错量子计算架构与模型 仅仅有纠错码是不够的，还需要一套完整的容错架构来支撑量子计算的运行。本章将聚焦于容错量子计算的系统性设计： 量子比特的物理实现与要求: 讨论不同物理实现（超导量子比特、离子阱、拓扑量子比特等）在实现纠错码时的优势与劣势，以及对量子比特的相干性、连接性、可寻址性等方面的要求。 逻辑量子比特与物理量子比特: 明确逻辑量子比特的概念，它是通过编码一组物理量子比特形成的，能够提供比单个物理量子比特更高的可靠性。 量子门的容错实现: 阐述如何在逻辑量子比特上实现各种量子门操作，例如Hadamard门、CNOT门、T门等，并讨论这些逻辑门操作的保真度要求。 量大量子算法的纠错挑战: 分析在运行大规模量子算法（如Shor算法、Grover算法）时，如何有效地将纠错机制集成进去，例如如何处理算法中的条件操作和测量。 错误传播与累积: 讨论在连续的量子计算过程中，错误可能如何传播和累积，以及需要何种策略来限制这种累积效应。 容错量子计算模型: 介绍不同层次的容错模型，例如“时钟容错”和“时钟无关容错”，以及它们在实际设计中的考量。 本章将更侧重于工程和系统层面的设计，为读者勾勒出构建一台真正容错量子计算机的蓝图。 第四章：量子纠错与容错的实现挑战与前沿进展 理论上的完美纠错码，在实际落地时会面临诸多严峻的挑战。本章将深入探讨当前的研究热点和尚未解决的问题： 量子比特的制造与控制精度: 讨论当前量子比特的制造工艺限制，以及如何提高量子比特的质量和可控性，以满足纠错码的要求。 高连接性与量子比特扩展: 介绍如何在物理层面实现大量量子比特之间的有效连接，这是构建大规模容错量子计算机的关键。 低错误率量子门的实现: 详细分析如何通过改进量子比特的物理环境、优化控制脉冲序列、采用先进的脉冲整形技术等，来进一步降低量子门操作的错误率。 高效的测量与反馈系统: 探讨如何设计快速、准确的测量系统，以及如何实现高效的错误侦测和纠正反馈回路。 解码算法的效率: 讨论在实际应用中，如何高效地实现量子纠错码的解码过程，尤其是在处理大量错误时，需要高效的算法来确定错误并进行纠正。 近邻相互作用与拓扑量子计算: 进一步探讨表面码等基于近邻相互作用的方案，以及拓扑量子计算作为一种潜在的更鲁棒的纠错方案。 实际系统的噪声模型与参数提取: 讨论如何准确地建立量子系统的噪声模型，并从实验中提取必要的噪声参数，以便设计更有效的纠错策略。 编码开销与资源需求: 量子纠错往往需要大量的物理量子比特来编码一个逻辑量子比特，本章将讨论如何权衡纠错能力与资源消耗，以及如何寻找更具成本效益的纠错方案。 软件与硬件协同设计: 强调软件（如编译器、量子算法设计）与硬件（量子处理器、控制系统）协同设计的重要性，共同推动容错量子计算的发展。 本章将呈现量子计算研究的前沿动态，并指出未来发展的主要方向和潜在的研究机会。 第五章：面向未来的量子计算应用与展望 在掌握了量子纠错和容错计算的理论与实践后，我们得以展望量子计算在各个领域的实际应用前景： 药物发现与材料设计: 量子计算机能够精确模拟分子和材料的量子行为，从而加速新药研发和新材料的发现。 优化问题: 在金融、物流、人工智能等领域，许多复杂的优化问题可以通过量子算法得到更优解。 密码学: 量子计算对现有公钥密码体系构成威胁，同时也催生了后量子密码学和量子密钥分发的兴起。 人工智能与机器学习: 量子机器学习算法有望在模式识别、数据分析等方面展现出独特优势。 科学研究: 从基础物理到天体物理，量子计算将成为探索未知世界强大的工具。 本章将结合前几章所阐述的纠错和容错技术，讨论这些应用如何在具备一定容错能力的量子计算机上得以实现。同时，也将探讨实现这些大规模应用所需的逻辑量子比特数量、门操作次数以及整体的计算资源需求，并对量子计算的未来发展趋势进行大胆的预测。 结论 《量子计算机研究（下册）：纠错与容错计算》致力于为读者提供一个关于量子纠错与容错计算的系统性、深入的理解。通过对量子退相干的深刻剖析、对量子纠错码核心原理的详尽阐述、对容错量子计算架构的全面介绍，以及对当前实现挑战与未来前沿的深入探讨，本书旨在帮助读者把握住量子计算发展的关键脉搏。相信本书将成为对量子计算领域感兴趣的研究者、工程师和学生不可或缺的参考资料，一同推动量子计算从实验室走向现实，开启一个全新的计算时代。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对科学发展轨迹抱有浓厚兴趣的普通读者，当我看到《[按需印刷] 量子计算机研究(下册)纠错和容错计算》这个书名时，我的脑海中立刻涌现出许多疑问和期待。它直接点出了量子计算发展过程中最棘手的问题之一——“纠错”与“容错”。我猜想，这本书的第一部分可能会详细介绍量子错误的种类及其根源，比如退相干、门操作误差等等，并用生动的图示或类比来解释这些复杂的物理现象。接着，我非常期待能够深入了解各种量子纠错方案的原理，比如表面码、海森堡模型纠错等。我想知道这些方案是如何通过冗余编码来保护量子信息的，又各自有什么样的计算开销和实现难度。更令我着迷的是“容错计算”这个概念。这是否意味着书中会探讨如何设计出能够抵御一定程度错误的整体量子计算架构？我希望作者能为我揭示这些“秘密”，让我明白科学家们是如何一步步攻克这些技术难关的。这本书是否会讨论不同量子计算硬件平台（如超导量子比特、离子阱量子比特等）在纠错和容错方面的特点和挑战？我希望它能给我带来一种“豁然开朗”的感觉，让我对量子计算的未来充满更清晰的认知和更坚定的信心。

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在我眼中，一本好的科普读物，应该能够将最前沿的科学概念，用最生动、最易懂的方式呈现给读者。《[按需印刷] 量子计算机研究(下册)纠错和容错计算》这个书名，虽然带着些许专业色彩，但“纠错”和“容错”这两个词，却有一种“保护”和“修复”的意味，让人联想到一种克服困难、追求完美的努力。我非常期待这本书能从宏观的角度，讲述为什么量子计算需要纠错和容错。它会从量子信息本身的特性出发，解释为什么量子信息比经典信息更容易丢失和出错吗？我希望书中能有很多形象的比喻，帮助我理解那些抽象的量子物理概念。例如，用日常生活中的例子来比喻量子纠错码的作用，或者用一个简单的故事来阐述量子容错的原理。我更期待看到一些与实际应用相关的讨论，比如，当量子计算机能够实现有效的纠错和容错之后，它会在哪些领域展现出巨大的潜力？是药物研发，材料科学，金融建模，还是人工智能？这本书会为我们描绘一个怎样的未来图景？我希望它能给我带来惊喜，让我对量子计算的未来充满信心，并且能够理解它将如何改变我们的生活。

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收到这本书的时候，我正处于一个思考的间隙，对于技术发展的边界和未来充满了迷茫。这本书的封面设计相当简洁，但《[按需印刷] 量子计算机研究(下册)纠错和容错计算》这几个字却自带一种沉甸甸的分量，仿佛蕴含着解决重大科学难题的钥匙。《按需印刷》的标签也很有意思，暗示着这本书可能集结了最新的研究成果，并且能够快速地满足读者的需求，这在快速发展的科技领域是非常重要的。我对“纠错”和“容错”这两个概念尤其感兴趣，它们是量子计算机实现可靠计算的关键。我设想书中会详细阐述量子错误是如何产生的，是哪些物理因素导致的，以及有哪些数学模型可以描述这些错误。更重要的是，我希望能看到各种具体的纠错策略，比如量子隐形传态在纠错中的作用，或者一些巧妙的编码方案如何将一个逻辑量子比特编码到多个物理量子比特中，从而提高其鲁棒性。我期望这本书能够提供一些非常具体的例子，比如某个实验室是如何成功地实现了某个纠错方案的，或者某个新的容错算法在模拟中表现出了怎样的优越性。这种理论与实践的结合，会让我觉得这本书的内容是鲜活且充满生命力的，而不是仅仅停留在纸面上的文字。

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这本书的名字在书架上就足够吸引人了，《[按需印刷] 量子计算机研究(下册)纠错和容错计算》。虽然我还没来得及翻阅，但光是这个标题就已经在我的脑海中勾勒出了许多画面。我一直对前沿科技充满了好奇，尤其是那些能彻底颠覆我们现有认知和能力的领域。量子计算无疑是其中最耀眼的一颗星，而“纠错”和“容错”更是触及到了这项技术能否真正落地、大规模应用的命脉。毕竟，我们都知道量子比特的脆弱性，以及它们在计算过程中容易受到环境干扰而产生错误的困境。所以，我非常期待这本书能深入浅出地讲解这些复杂的问题，从理论基础到实际的算法和硬件实现，我想了解那些能够保护珍贵量子信息免受干扰的“秘密武器”。是否会有关于量子纠错码的详尽介绍？各种不同的纠错方案，比如表面码、颜色码等等，它们各自的优缺点又在哪里？更进一步，容错计算又会涉及哪些更宏观的策略？比如，如何设计一个能够自我修复的量子计算机架构？我希望这本书不仅仅是理论的堆砌，更能结合一些前沿的研究进展和实验成果，让我感受到量子计算从实验室走向实际应用的可能性，哪怕只是一丝微光，也能点燃我心中的科学热情。

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我一直认为，任何一项革命性的技术，其突破往往来自于对看似不可逾越的障碍的克服。对于量子计算而言，量子比特的脆弱性无疑是横亘在其发展道路上的一大挑战。因此，《[按需印刷] 量子计算机研究(下册)纠错和容错计算》这个书名，在我看来，直接点出了问题的核心，并且预示着这本书将致力于探讨如何解决这一难题。我非常好奇，这本书会对量子噪声的来源进行怎样的剖析？从环境的电磁干扰，到材料本身的缺陷，再到量子操作的不精确性，这些都会对量子计算的可靠性产生怎样的影响？我希望作者能够用清晰的语言来解释这些物理现象，并且进一步探讨如何设计出能够抵抗这些噪声的量子门和量子算法。特别是“容错计算”这个词，让我联想到的是更高级别的系统设计。它不仅仅是简单的纠错，而是构建一个能够在整体上保证计算过程正确性的框架。我想知道，是否存在一些通用的容错计算框架，可以适用于各种不同的量子计算机硬件平台？又或者，不同的硬件平台需要采用不同的容错策略？我期待书中能够提供一些前沿的理论模型和正在探索的实验技术，让我能够对量子计算的未来发展有一个更清晰的认识，看到它如何一步步走向成熟和实用。

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书不错，但是配送时间好久

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商品很好，商家服务很到位

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正品，质量不错，服务到家。

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不错，没有等太久，包装严实完整。物流很快。

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