《量子计算和量子信息（一） 量子计算部分》阅读辅导及习题解析 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

图书标签:

• 量子计算
• 量子信息
• 量子力学
• 计算理论
• 物理学
• 计算机科学
• 算法
• 数学
• 信息科学
• 量子算法

出版社： 东南大学出版社

ISBN：9787564176136

版次：1

商品编码：12355614

包装：平装

开本：16开

出版时间：2018-01-01

用纸：胶版纸

页数：136

正文语种：中文

内容简介

　　《<量子计算和量子信息（一） 量子计算部分>阅读辅导及习题解析》是应对当前可能出现的量子计算与量子信息的学习和研究的热潮，汇集整理我研究室多年来讨论班读书环节对Quantum Computation and Quantum In Information全书主要章节习题求解与解析的结果。第一章介绍了获2017年度狄拉克奖的三位量子信息学奠基者，用简单易懂的代数演算解读了原著第一章内容中的一些表述和概念，例如：为什么说H门形似NOT门平方根，Deutsch-Jozsa算法的解读，量子隐形传态如何实现的代数演算等；并用通俗易懂、图文并茂的注释解说了普通NOT门和量子结的实现原理，什么叫做通用逻辑门，什么叫高密度编码等12个知识点。第二章“阅读内容”部分对相关内容涉及的物理学、计算机科学和数学等多个学科的知识点进行重点摘录，并对原书中的82道习题和3个问题进行了解析。习题求解中严格使用其特有的量子力学符号和演算规则，是训练、养成量子计算逻辑思维能力不可或缺的基础部分。
　　《<量子计算和量子信息（一） 量子计算部分>阅读辅导及习题解析》可作为高等院校本科相关专业，或研究生阶段量子计算与量子信息学习者的教辅材料，也可作为对量子计算和量子信息感兴趣的研究人员和工程技术人员阅读相关书籍的辅助资料。

作者简介

　　陈汉武，博士，东南大学计算机科学与工程学院教授，博士生导师，《MathematicalReview》与《IEEE Transactions on Information Theory》特约评审。自1 999年参加京都大学数理解析所量子信息讨论班后，对量子信息与量子计算萌发兴趣并开始关注量子计算与量子信息的科技进展。1999年4月开始主持为期一年的山口大学地区合作中心VBL项目《实现信息量子通信基础技术的理论研究》；归国后，2005年9月组建量子计算与量子信息研究室；2006年7月出版教材《量子计算与量子信息简明教程》。研究兴趣包括：量子可逆逻辑电路综合、量子安全通信协议、量子纠错编码、基于量子计算的图像处理等相关主题的量子计算理论研究与应用探索。在IEEE Transactions on Information Theory．IEEE Communications Letters．Quantum Information Processing，Quantum Informationand Computation，Chinese Physics Letter，Chinese Physics B，Science China Information Sciences，International Journal of Theoretical Physics等期刊上已累计发表论文124篇，其中SCI收录42篇，EI收录82篇，SCI表现不俗7篇。

目录

第1章 阅读辅导

第2章 量子力学引论的阅读辅导与习题练习
2．1 线性代数
2．1．1 基与线性无关
2．1．2 线性算子与矩阵
2．1．3 Pauli阵
2．1．4 内积
2．1．5 特征向量和特征值
2．1．6 伴随与Hermite算子
2．1．7 张量积
2．1．8 算子函数
2．1．9 对易式和反对易式
2．1．10 极式分解和奇异值分解
2．2 量子力学假设
2．2．1 状态空间
2．2．2 演化
2．2．3 量子测量
2．2．4 区分量子状态
2．2．5 投影测量
2．2．6 POVM测量（半正定算子值测量positive perator-valtled measure）
2．2．7 相位
2．2．8 复合系统
2．2．9 量子力学：总览
2．3 应用：超密编码
2．4 密度算子
2．4．1 量子状态的系综
2．4．2 密度算子的一般性质
2．4．3 约化密度算子
2．5 Sclamidt分解和纯化
2．6 EPR和Bell不等式

好的，这是一份针对您的图书《量子计算和量子信息（一）量子计算部分》的阅读辅导及习题解析的简介，内容详实，旨在帮助读者更好地掌握量子计算的核心概念和技术。 --- 图书简介： 《量子计算与量子信息（一）量子计算部分：深度解析与实践指南》 在信息技术日新月异的今天，量子计算正以前所未有的速度和潜力，重塑我们对计算本质的理解。本书专为对量子计算领域怀抱热情、渴望深入学习的读者精心打造，旨在提供一个结构清晰、内容严谨的入门与进阶平台。本书聚焦于量子计算的核心原理、数学基础与关键算法，是构建扎实理论框架的理想读物。 内容聚焦：从经典到量子的飞跃 本书的结构设计充分考虑了初学者与有一定基础的读者的需求，循序渐进地引导读者穿越量子世界的迷雾。我们并未涉及量子信息处理的具体应用（如量子通信、量子密码学），而是将全部精力投入到量子计算的基石——量子比特、量子门和基本量子线路的设计与分析上。 第一部分：量子力学基础与量子比特的本质 深入理解量子计算，必须首先牢固掌握其背后的物理学原理。本部分将对必要的量子力学概念进行提炼和重构，使其高度适配于计算模型的视角。 希尔伯特空间与态矢量： 详述构成量子系统的数学框架，包括态矢量的归一化、基矢量的选择与变换。我们将明确区分有限维希尔伯特空间与无限维空间的区别，并侧重于描述 $n$ 个量子比特系统（$2^n$ 维空间）的张量积结构。 量子态的描述： 重点讲解纯态与混合态的数学表示（密度算符）。读者将学习如何通过密度矩阵来描述一个孤立量子系统或开放系统中的量子态，并掌握冯·诺依曼熵等用于度量量子特性的工具。 测量理论： 详尽解析量子力学中的投影测量原理，包括本征值、本征矢量与概率的计算。特别讨论了不同测量基（如计算基、Hadamard 基）对系统演化的影响，以及测量后波函数坍缩的物理意义。 第二部分：量子线路、量子门与基本操作 量子计算的“程序”是通过一系列可逆的量子门序列来实现的。本部分将系统梳理构成通用量子计算机的“积木块”。 单比特量子门： 详细分析泡利矩阵 ($X, Y, Z$)、相位门 ($S, T$) 和Hadamard 门 ($H$) 的代数性质、矩阵表示及其在 Bloch 球上的几何意义。读者将通过大量的矩阵乘法习题，熟练掌握这些基本操作对量子态的影响。 多比特量子门与纠缠： 深入探讨 CNOT (受控非门)、SWAP 门等关键的多量子比特相互作用算符。本书将特别强调 CNOT 门在构建纠缠态——特别是贝尔态（EPR 对）——中的核心作用，并解析纠缠态的不可分离性。 量子线路图的构建与分析： 学习如何将一系列量子门组织成功能性的量子线路图，并掌握通过矩阵乘法对整个线路的演化过程进行数学模拟的方法。 第三部分：量子计算的核心：通用性与图灵模型 理解量子计算的能力边界，需要探究其通用性及其与经典计算的关系。 量子线路的酉性与可逆性： 阐释量子演化必须是酉变换的深层物理原因，并分析了量子门集合的完备性问题，即哪些有限集合的量子门可以生成所有可能的酉变换（如 $H, T$, CNOT 构成的通用集）。 量子并行性（Superposition and Parallelism）： 探讨量子态的叠加特性如何导致量子计算机在一次操作中处理多个输入的能力，这是量子加速的理论基础。 第四部分：核心量子算法的分解与习题精讲 理论的掌握必须通过实践来巩固。本书的重头戏在于对早期和基础量子算法的深度剖析和习题解析。 Deutsch 算法与 Deutsch-Jozsa 算法： 详细演示如何利用量子叠加态的特性，以远少于经典计算的查询次数来解决特定的函数判定问题。每一个步骤的量子态演化都配有详细的矩阵计算。 Simon 算法： 作为 Shor 算法的理论铺垫，Simon 算法的讲解将引导读者理解如何利用量子傅里叶变换（QFT）的思想来处理周期性问题，这也是理解 QFT 本身复杂性的关键一步。 习题解析的特色： 本书的习题解析部分是其核心价值所在。我们提供的不仅是最终答案，更是一套完整的“思维导图”： 1. 问题拆解： 引导读者识别题目考察的核心概念（如：判断该操作是否可分离？计算该测量的概率？构建一个实现特定功能的量子线路？）。 2. 步骤详述： 对计算过程进行逐行分解，无论是复杂的张量积计算、密度矩阵求迹，还是酉矩阵的乘法，都提供清晰的中间步骤。 3. 概念回顾： 在解析复杂习题时，我们会适时穿插对相关理论点的回顾，确保读者在解题过程中同步巩固了知识点。 本书的价值定位： 本书旨在成为一本“可操作的教科书”，适合于物理学、计算机科学、电子工程等相关专业的高年级本科生、研究生，以及所有希望系统学习量子计算基础理论的自学者。通过对数学工具的精确应用和对经典算法的量化对比，读者将能建立起对量子计算“为什么能工作”和“如何构造”的深刻理解，为未来深入研究量子算法、量子纠错或量子硬件打下坚实的基础。 ---

评分☆☆☆☆☆

作为一名在量子计算领域摸索多年的研究者，我不得不说，这本书提供了一个非常独特且富有洞察力的视角。它没有陷入堆砌大量最新研究成果的“时髦”陷阱，而是回归到量子计算最本质的原理，用一种非常“扎实”的方式来构建知识体系。我尤其欣赏其中对量子逻辑门和量子线路的精细化拆解，作者并没有满足于仅仅介绍集成的量子门，而是深入探讨了每一个基本门的构造和其背后的物理实现可能性，这对于理解量子计算机的设计和未来的硬件发展方向非常有启发。书中对于量子纠缠的阐述，也远超一般的科普读物，它不仅仅停留在“两个粒子关联”的层面，而是深入探讨了贝尔不等式、EPR佯谬等概念的哲学和物理意义，引导读者思考量子力学的非定域性和不完备性。这种深度，对于真正想要理解量子计算“为何”而非仅仅“如何”的人来说，是极为宝贵的。此外，书中提出的某些关于量子计算优越性证明的论证方式，也提供了一种不同于主流的思考框架，值得深入探讨。

评分☆☆☆☆☆

这本书最让我惊喜的地方，在于它对量子计算的“应用前景”的探讨。很多书籍往往只停留在理论层面，而这本书却花了相当大的篇幅，将抽象的量子计算原理与实际的科学和技术问题相结合。例如，在介绍量子搜索算法时，作者并没有仅仅停留在描述算法本身，而是花了大量篇幅去解释这个算法在解决数据库搜索、密码破解等实际问题中的潜力，并且还探讨了量子计算机在药物研发、材料科学等领域的应用前景。这让我深切感受到，量子计算并非只是一个“概念”，而是一个具有颠覆性力量的未来技术。书中对于量子算法复杂度的分析，也做得非常到位，它用一种非常直观的方式，展示了量子算法在某些问题上的指数级加速是如何实现的。这种理论与应用的结合，让我对学习量子计算的动力倍增，也让我看到了一个更加广阔的研究和发展空间。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，在开始阅读这本书之前，我对量子计算的理解可谓是“零基础”。市面上很多相关的书籍，要么过于艰深，充斥着我看不懂的数学符号；要么过于浅显，讲到关键处就戛然而止，让人意犹未尽。而《量子计算和量子信息（一） 量子计算部分》恰恰填补了这一空白。它以一种“慢而稳”的节奏，循序渐进地引导我进入量子计算的世界。作者在讲解时，始终牢记读者的可能背景，大量的例题和习题解析，就像一场场精心设计的“实战演习”，让我能够边学边练，巩固所学。最令我印象深刻的是，对于一些容易混淆的概念，比如量子态的测量和坍缩，书中用了好几种不同的方式进行解释，甚至引用了不同的思想实验来辅助理解，直到我真正“明白”为止。这种耐心和细致，让我觉得作者不仅仅是在传授知识，更是在“培育”一个学习者。读完书中关于量子比特的章节，我甚至觉得自己已经可以尝试去设计一个简单的量子线路了。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计简洁大气，封面上的量子结构图案和深邃的蓝色调，初见就给人一种探索未知、拨开迷雾的科学感。拿到手里，纸张的触感厚实而细腻，翻阅时没有刺鼻的油墨味，这点对于长时间阅读的学习者来说，无疑是个福音。内容方面，我尤其欣赏其逻辑结构的清晰性。作者仿佛是一位经验丰富的领路人，从最基础的量子比特概念娓娓道来，循序渐进地引入叠加态、纠缠态等核心概念。每一个概念的提出，都伴随着严谨的数学推导和生动的类比解释，这使得原本晦涩的量子世界变得触手可及。特别是对于初学者而言，书中大量的图示和流程图，极大地降低了理解的门槛，让我在阅读过程中能够及时地将抽象的理论与具体的模型联系起来，避免了漫无目的的“死记硬背”。我特别注意到，书中在讲解某些关键算法时，并非简单地罗列公式，而是深入剖析了算法背后的思想和每一步的操作逻辑，这种“授人以渔”的教学方式，让我感觉自己不仅仅是在被动接收知识，而是在主动构建对量子计算的理解。

评分☆☆☆☆☆

我个人认为，这本书最大的价值在于其“批判性思维”的培养。作者在介绍经典计算模型和量子计算模型时，并没有简单地将两者对立起来，而是深入分析了它们各自的优势和局限性。特别是对于量子计算的“优势”部分，作者并没有夸大其词，而是审慎地分析了在哪些特定问题上，量子计算能够提供真正的加速，并且对于“量子霸权”等概念，也进行了非常客观和深入的讨论，避免了概念上的混淆和误导。书中对于量子计算的一些“误区”和“伪科学”的澄清，也做得非常及时和准确，这对于初学者来说，避免走了很多弯路。我尤其欣赏作者在讨论量子纠错码时，那种对工程实现的现实考量，并没有仅仅停留在理论的完美，而是考虑到了现实中的噪声和错误，这显示了作者深厚的学术功底和务实的科学态度。这本书不仅教我“是什么”，更教我“为什么”和“怎样思考”。