量子计算与量子信息原理（第一卷：基本概念） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王文阁，李保文 译

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• 计算机科学
• 信息科学
• 量子算法
• 量子纠缠
• 量子比特
• 量子原理

出版社： 科学出版社有限责任公司

ISBN：9787030304537

版次：1

商品编码：11783338

包装：平装

开本：32开

出版时间：2015-09-01

用纸：胶版纸

页数：220

正文语种：中文

编辑推荐

适读人群 ：本科高年级学生，研究生
《现代物理基础丛书33·量子计算与量子信息原理· 卷:基本概念》可作为物理学、数学和计算机科学等学科的本科生和研究生的“量子计算与量子信息导论课”的教材，也可供相关专业的教师和科研人员参考。

内容简介

《现代物理基础丛书33·量子计算与量子信息原理· 卷:基本概念》是Giuliano Benenti，Giulio casati和Giuliano Strini合著的Principles of Quantum Coreputation and Information I的中译本，前两章简介量子力学与经典计算的基本内容，并不需要读者事先掌握量子力学或者经典计算的知识；后两章讨论量子计算和量子信息领域的主要成果，《现代物理基础丛书33·量子计算与量子信息原理· 卷:基本概念》内容深入浅出，层次分明，参考文献丰富，并附有大量习题与答案。

目录

中译本序
译者序
序言
引言与概述
第1章经典计算导论
1.1图灵机
1.1.1图灵机上的加法运算
1.1.2 Church—图灵命题
1.1.3通用图灵机
1.1.4概率图灵机
1.1.5停机问题
1.2计算的线路模型
1.2.1二进制算术
1.2.2基本逻辑门
1.2.3通用经典计算
1.3计算复杂性
1.3.1复杂类
1.3.2Chernoff界限
1.4对动力学系统性质的计算
1.4.1确定性混沌
1.4.2算法复杂性
1.5能量和信息
1.5.1麦克斯韦妖
1.5.2 Landauer原理
1.5.3从信息提取功
1.6可逆计算
1.6.1 Toffoli门和Fredkin门
1.6.2台球计算机
1.7参考资料指南
第2章量子力学引论
2.1 Stern—Gerlach实验
2.2杨氏双缝实验
2.3线性矢量空间
2.4量子力学基本假设
2.5 EPR佯：谬和贝尔不等式
2.6参考资料指南
第3章量子计算
3.1量子比特
3.1.1 Bloch球
3.1.2量子比特态的测量
3.2量子计算的线路模型
3.3单量子比特门
3.4受控门和纠缠的产生
3.5通用量子门
3.6幺正误差
3.7函数赋值
3.8量子加法器
3.9 Deutsch算法
3.9.1 Deutsch—Jozsa问题
3.9.2Deutsch算法的推广
3.10量子搜索
3.10.1从4个条目中寻找一个
3.10.2从N个条目中找出一个
3.10.3几何图像
3.11量子傅里叶变换
3.12量子相位估计
3.13本征值与本征函数求解
3.14周期求解与Shor算法
3.15动力学系统的量子计算
3.15.1薛定谔方程的量子模拟
3.15.2量子面包师映射
3.15.3量子锯齿映射
3.15.4动力学局域化的量子计算
3.16在实验上的首次实现
3.16.1利用自旋量子比特实现的基本逻辑门
3.16.2量子计算的首次实现综述
3.17参考资料指南
第4章量子通信
4.1经典密码术
4.1.1 Vernam密码
4.1.2公钥密码系统
4.1.3 RSA方案
4.2不可克隆定理
4.3量子密码术
4.3.1 BB84方案
4.3.2 E91方案
4.4密集编码
4.5量子隐形传态
4.6实验状况概述
4.7参考资料指南
习题答案
主要参考文献
索引

跨越经典的边界：现代计算的基石与信息革命的先声 图书简介 本书并非一本关于量子计算与量子信息原理的入门指南，它也无意涉猎量子力学的基础公设、薛定谔方程的求解，或是对量子比特（Qubit）的严谨数学定义进行阐述。相反，我们将在一个更加宏大且更具前瞻性的视角下，探讨构成现代信息技术范式转换的根本驱动力——那些潜藏于经典物理极限之外的、对计算与信息本质的深刻洞察。 本书旨在提供一个非技术性的、哲学性与应用导向兼具的论述框架，聚焦于我们正在跨越的这场计算革命的宏观背景、社会影响、以及它对传统科学思维模式的冲击。我们关注的不是如何编写量子电路，而是为何我们需要构建量子电路；不是如何实现量子纠错，而是错误本身在量子信息世界中意味着什么。 第一部分：经典计算的黄昏与信息熵的边界 在深入探讨超越经典计算的可能性之前，我们首先需要对当前的计算范式进行一次批判性的审视。本书的开篇将深入剖析图灵机模型所奠定的理论基础，以及它在面对现实世界复杂性问题时的固有局限性。我们不会重述图灵机的工作原理，而是着眼于其计算能力与物理资源的约束。 我们探讨信息论的奠基工作，特别是香农的信息熵概念。经典信息的度量方式，其内在的局域性与确定性假设，是如何在处理如材料科学中的分子模拟、药物研发中的构象空间搜索，或复杂金融系统中的不确定性建模时显得力不从心。我们将分析“组合爆炸”现象的本质——它并非算法效率低下的产物，而是经典信息处理结构固有的冗余与低效的体现。 此外，本书将回顾计算复杂性理论中“P对NP”问题的哲学意义。我们探讨的是，在计算资源（时间与空间）无限的前提下，哪些问题从根本上就是“难以解决”的，以及这种“难”是否是宇宙定律的一部分，还是我们现有工具箱的局限性？本书将侧重于讨论“可计算性”的哲学边界，而非复杂性类的严格数学定义。 第二部分：新计算范式的涌现：从物理原理到范式转移 本部分将跳过量子力学的微观描述，直接考察信息如何在物理系统中被表示、存储和演化的全新范式。我们关注的不是量子态的叠加性本身，而是叠加性所带来的并行性潜力与指数级状态空间的表达能力。 我们将讨论的焦点是信息载体的“密度”。如果经典比特只能存储“是”或“否”的单一信息，那么信息载体如何才能在不增加物理尺寸的前提下，承载更丰富、更深层的背景关联性？我们将以类比的方式，描述信息如何在多维空间中同时被编码和处理，这种处理方式如何绕过了经典冯·诺依曼架构的瓶颈。 更重要的是，我们探讨的是计算的“物理性”回归。经典计算在很长一段时间内被视为一种纯粹的逻辑操作，与底层物理实现相对解耦。本书则强调，新的计算范式是深度嵌入于物理定律之中的。这种嵌入性意味着，只有当我们理解了信息与物质在最基本层面的互动时，才能解锁更强大的计算能力。我们将审视这种“信息即物理”的观点如何重塑我们对算法设计的直觉。 第三部分：信息洪流中的新秩序：数据与知识的未来形态 当我们展望量子计算的潜在影响时，本书将聚焦于信息科学的伦理、安全与知识发现的变革。我们不会讨论Shor算法或Grover算法的具体数学步骤，而是探讨它们对现代安全基础设施构成的根本性威胁，以及随之而来的“后量子密码学”的战略需求。信息安全将不再是关于密钥长度的竞争，而是关于信息物理性质的根本性对抗。 在知识发现领域，本书将探讨量子信息处理能力如何重新定义“建模”的含义。例如，在材料科学中，我们不再需要简化或近似分子的电子结构，而是可以直接模拟其真实演化。这种“精确模拟”的能力，将彻底改变新材料的发现过程，从依赖经验试错转向基于第一性原理的精准设计。 最后，我们将讨论信息处理的哲学含义。当计算的复杂度不再受限于指数增长，而是受限于物理定律的可行性时，人类对“可解性”的认知将被重塑。我们如何定义智能、如何理解复杂系统的涌现性，都将受到这种新计算能力的启发和挑战。本书将以对未来计算生态的宏观预测收尾，强调这场变革的跨学科性质——它不仅仅是物理学和计算机科学的交汇，更是对哲学、经济学乃至人类认识论的深刻重构。 本书为那些对计算的终极潜力抱有好奇心，并希望理解这场技术浪潮背后深层逻辑与社会意义的读者而写。它提供的是一幅路线图，而非一本操作手册。

评分☆☆☆☆☆

尽管我的专业背景并非直接与量子科学相关，但我一直以来都对那些颠覆我们传统认知的科学理论充满好奇。这本书的出现，恰好满足了我对量子计算和量子信息领域“入门”的强烈愿望。我不是一个急于求成的人，更倾向于从基础入手，扎实地理解每一个概念。我尤其对书中关于“经典信息与量子信息”的对比，以及“量子比特作为信息载体”的初步探讨感到兴奋。我设想，作者会以一种循序渐进的方式，从最基本的定义出发，逐步引入更复杂的概念。这本书的篇幅虽然不小，但内容涵盖的广度和深度预示着它将是一本不可多得的参考资料。我希望通过阅读这本书，能够构建起对量子计算的初步认知，了解其核心思想以及与传统计算的根本区别，甚至能够对量子信息处理的基本操作有一个初步的了解。我期待这本书能够为我揭示一个全新而迷人的科学世界。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我一种踏实的感觉，仿佛一位经验丰富的导师，正准备引领我走进一个充满挑战却又无比迷人的知识领域。我是一名软件工程师，虽然日常工作主要围绕着经典算法和数据结构，但我对未来计算的可能性有着强烈的预感。我深知，随着计算需求的不断增长，传统的计算模式终将面临瓶颈，而量子计算的出现，则为解决这些难题提供了全新的思路。我尤其对书中关于“量子态的叠加原理”和“量子纠缠的非定域性”的初步介绍充满了期待。我希望这本书能够以一种清晰、逻辑严谨的方式，为我揭示量子计算与量子信息在根本上的不同之处，以及它们所依赖的核心物理原理。我不是一个只满足于表面现象的人，我更希望能够理解这些概念的背后含义，并为将来可能涉及到的量子算法和应用打下基础。这本书的详细程度，让我相信它能够满足我对知识的深度渴望，成为我探索这个前沿领域的一本重要工具书。

评分☆☆☆☆☆

这是一本厚重的著作，散发着知识的沉淀感，虽然我才刚刚开始阅读，但它的气场已经让我肃然起敬。我是一名对物理学有着深厚兴趣的业余爱好者，一直以来都对那些看似“反直觉”的量子现象感到着迷。从“概率波”到“测量问题”，再到“不确定性原理”，这些概念都深深地吸引着我，让我渴望更深入地理解其背后的逻辑。这本书的序言中提及了量子信息科学的发展历程，这让我对这个领域的演进有了更宏观的认识。我希望这本书能够以一种既能满足我求知欲，又能保持一定科学严谨性的方式，来阐述量子世界的基本规律。我对书中关于“量子态的演化”和“量子叠加与纠缠的数学描述”的章节尤为关注，期待它能为我揭示这些现象的本质。即使对于非专业人士，这本书的语言风格也显得相当平易近人，这一点非常难得，让我感觉自己能够驾驭这些复杂的概念。我深信，这本书将为我打开一扇认识宇宙更深层奥秘的大门。

评分☆☆☆☆☆

作为一名初次接触量子计算领域的爱好者，我被这本书的封面设计所吸引，那简洁而富有深度的图案仿佛预示着一个全新的宇宙。我目前的工作与传统计算息息相关，但随着人工智能和大数据时代的飞速发展，我越来越意识到传统计算模式可能存在的瓶颈，而量子计算的出现，无疑给我打开了一扇通往未来的窗户。虽然我并没有选择直接阅读所有章节，但我随机翻阅了关于“量子比特的表示方法”以及“量子门操作的初步介绍”的部分，感觉作者在梳理这些复杂的概念时，力求做到逻辑清晰、循序渐进。我特别欣赏书中可能存在的图示和类比，这对于理解抽象的量子概念至关重要。我希望能从这本书中获得对量子计算最基础的认知，了解它与经典计算在本质上的区别，以及它可能带来的颠覆性变革。我希望这本书能帮助我构建起一个初步的知识框架，让我能够更自信地去探索这个新兴领域，甚至在未来的职业发展中找到新的可能性。对我来说，这是一次充满期待的探索之旅，而这本书，无疑是我的启航指南。

评分☆☆☆☆☆

一本引人入胜的读物，虽然我还没来得及深入研究，但仅仅翻阅目录和序言，就已经能感受到它深厚的学术底蕴和作者的严谨态度。我尤其对书中“量子纠缠的奇妙特性”这一章节充满了好奇，想象着它将如何揭示那些令人费解却又充满潜力的量子现象。我是一名对科学前沿充满热情的研究生，平时接触的都是一些偏应用方向的内容，这次选择这本经典之作，也是希望能从最根本的原理上夯实自己的知识基础。书中的一些术语，例如“叠加态”、“酉变换”等，虽然在一些科普文章中有所耳闻，但总觉得隔靴搔痒，缺乏系统性的理解。我期待这本书能够以一种清晰易懂但又不失严谨的方式，带领我走进量子世界的奇妙旅程，让我能够真正掌握这些基础概念，为日后更深入的研究打下坚实的基础。这本书的排版也很舒适，字号大小适中，页面留白合理，这对于长时间阅读来说至关重要，能够有效减轻阅读疲劳。我非常看好这本书的价值，相信它能成为我学术道路上的一位重要伙伴。