正版量子可逆电路综合的方法与实践陈汉武东南大学出版社9787564172411 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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陈汉武，李志强 著

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• 量子计算
• 可逆电路
• 量子电路综合
• 量子信息
• 东南大学出版社
• 陈汉武
• 9787564172411
• 电子工程
• 计算机科学
• 理论研究

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出版社： 东南大学出版社

ISBN：9787564172411

商品编码：29713030364

页数：160

图书基本信息 书名：   量子可逆电路综合的方法与实践 丛书名：   作者/主编：   陈汉武，李志强 出版社：   东南大学出版社 ISBN号：   9787564172411  出版年份：   2017年9月    版次：   第1版 总页数：   160页 开本：   16 图书定价：   39元 实际重量：   259g 新旧程度：   正版全新

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，《Mathematical Review》与《lEEE Transactions on Information Theo~》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。1 999年4月开始主持为期一年的山口大学地区合作中,bVBL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lEEETransactions on InfO rmatiOn Theory．1EEECommunications Letters．Quantum InformationP rocessi ng，Quantum Information andComputation，Chinese Physics Letter，ChinesePhysics 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。李志强，博士，扬州大学信息工程学院计算机科学与技术系主任，教授，硕士生导师。2005年开始从事量子可逆逻辑电路综合算法研究，已发表研究性论文59篇，其中SCI收录20篇、EI收录32篇。研究兴趣包括：量子可逆逻辑电路综合算法及其程序实现，量子安全通信协议。

章 为什么要研究量子可逆逻辑电路?

1．1 集成电路产业大事记、摩尔定律与芯片集成度及其可预见的发展极限
1．2 不可逆逻辑门、不可逆电路与计算机硬件的能耗与降温
1．3 理论上量子可逆门电路可以解决以上两个瓶颈问题
1．4 可逆逻辑门、可逆逻辑门集合的稠密子集
1．5 量子比特与张量乘积
1．6 量子态的叠加与并行计算
1．7 量子态叠加与量子态纠缠物理现象的代数表达式
1．8 量子可逆逻辑电路的基本概念、发展简史与问题解决的基本方法
1．9 物理模型，数学模型，学习的任务

第二章 量子可逆逻辑电路代数演算中的基本定义
2．1 可逆函数、可逆逻辑门与可逆逻辑门电路的基本定义
2．2 量子逻辑门及其演算

第三章 真值表方法-
3．1 逻辑函数与真值表及其运算规则
3．2 用真值表求解可逆逻辑门电路的汉明距离方法
3．3 基于真值表的二分法可逆逻辑电路综合算法
3．3．1 相关概念与约定
3．3．2 以3量子为例解说二分电路综合算法
3．3．3 算法分析
3．3．4 优化
3．3．5 实验计算结果
3．4 基于真值表的图表示法可逆逻辑电路综合算法
3．4．1 相关概念与约定
3．4．2 算法描述
3．4．3 优化
3．4．4 实验计算结果和分析
3．5 基于真值表的图表示法可逆逻辑电路综合算法的4量子可逆函数综合举例

第四章 代数方法
4．1 逻辑代数与逻辑电路
4．2 基于R-M方法求解逻辑函数的可逆逻辑电路
4．3 用R-M方法求解可逆逻辑门电路例题
4．4 一个基于R-M方法的量子可逆逻辑电路综合的算法
4．4．1 三个基本定义
4．4．2 三个优化规则
4．4．3 基于R-M的量子可逆逻辑门电路综合方法
4．4．4 基于R-M的量子可逆逻辑电路综合的快速算法
4．4．5 算法结果与分析

第五章 置换群方法
5．1 用置换群建模的相关基础知识
5．1．1 映射函数f（x）的置换表示
5．1．2 置换里的映射和置换群上的乘积运算
5．1．3 置换中的换位运算与一个置换的换位表达
5．2．3 量子比特的换位元素组与量子可逆逻辑电路的综合方法
5．3 基于Hash表的量子逻辑电路综合算法
5．3．1 基本概念（Fredkin门和Peres门的定义）
5．3．2 基于小完备Hash函数的量子可逆逻辑电路综合算法
5．3．3 基于位运算的Hash函数量子可逆逻辑电路综合算法
5．3．4 实验结果与分析

第六章 4量子可逆逻辑电路综合算法
6．1 基本概念
6．2 量子可逆逻辑电路综合的新算法
6．2．1 小长度整体综合算法
6．2．2 量子电路序列生成算法
6．3 实验结果与分析
附录A
附录B 模板及其模板优化技术
附录C Hash表的逻辑结构与物理构造
综合练习
量子可逆逻辑电路综合论文列表

《量子可逆电路综合的方法与实践》的主要思路源自作者近年来开设的关于量子计算科普性新生研讨课的教学实践，主要内容选自作者及其学生多年来在量子可逆逻辑电路综合设计理论与方法的科学研究实践中获得的部分成果。针对《量子可逆逻辑电路》计算机设计的问题，借鉴成熟的、不同的数学理论，展现物理问题、数学建模、算法设计、程序实践的基于计算机的计算逻辑思维方法。全书共分六章，章与第二章主要讲述量子可逆逻辑电路研究的意义及其在代数演算中的基本定义，第三至第五章，分别讲述了基于真值表、R-M方法、置换群代数方法的设计方法，第六章通过实例重点讲述了4量子可逆逻辑电路综合程序设计的算法思想和程序实现。

　　《量子可逆电路综合的方法与实践》问题专一，方法多样，因举一反三可开阔思路，重点突出，思路新颖，因案例驱动可解说计算思维，问题明确，寥寥数字，因结果的可比性可作为程序设计大赛的竞赛命题，亦可作为量子计算兴趣者的自学用书。

《量子计算的基石：可逆计算与电路设计》 内容简介 在信息技术飞速发展的今天，我们正站在一个技术变革的十字路口。传统计算模式在处理海量数据和解决复杂问题时，已显露出其局限性。与此同时，一种全新的计算范式——量子计算，正以其颠覆性的潜力，预示着一个计算能力的指数级飞跃。而量子计算的基石，正是其核心的计算模型：可逆计算。 本书旨在深入剖析量子计算的理论基础，重点阐述可逆计算的原理、方法与实践，并在此基础上探讨如何设计与实现高效、可靠的量子电路。我们将从最基础的概念出发，逐步引导读者理解为何可逆性对于量子计算至关重要，以及如何构建满足这一要求的计算单元。 第一章：计算的边界与量子计算的曙光 在这一章，我们将回顾经典计算的发展历程，探讨其在摩尔定律极限下的瓶颈。我们将引入热力学中的不可逆性对计算能耗的影响，为理解量子计算的优势奠定理论基础。随后，我们将简要介绍量子力学的基本原理，如叠加态、纠缠等，并以此引出量子计算的独特能力，以及其与经典计算在根本上的差异。读者将初步认识到，量子计算并非仅仅是“更快的经典计算”，而是一种全新的计算范式。 第二章：可逆计算的理论基石 本章将聚焦于可逆计算的核心概念。我们将详细解释“可逆性”在计算领域的意义，即一个计算过程是否可以完全恢复其输入状态。我们将介绍可逆计算与信息守恒的深刻联系，以及其在理论上如何克服经典计算中的信息丢失问题，从而在理论上实现无限小的能耗。 我们将深入探讨经典可逆逻辑门，如CNOT门、Toffoli门等，分析它们的逻辑功能和工作原理。我们将展示如何利用这些基本门构建更复杂的经典可逆电路，并探讨其在特定领域（如可逆电路测试、可逆硬件设计等）的应用前景。 第三章：从经典到量子：可逆性的量子化 本章将重点阐述可逆性在量子计算中的作用。我们将解释，由于量子力学的幺正性（Unitarity），量子门本质上都是可逆的。这意味着在量子计算中，信息的丢失是避免的，为实现强大的量子算法提供了内在保障。 我们将详细介绍量子比特（qubit）的概念，以及如何用量子门（如Hadamard门、Pauli门等）来操纵量子比特的状态。我们将重点讲解构成量子计算的基本量子逻辑门，如CNOT门、Toffoli门在量子电路中的实现，以及它们如何完成量子比特之间的信息交换和逻辑操作。我们将强调，这些量子门的可逆性是量子计算能够执行复杂算法并实现指数级加速的关键。 第四章：量子可逆电路的设计理论 本章将进入量子可逆电路设计的核心。我们将从理论层面深入分析如何将一个给定的逻辑功能转化为一系列量子门的操作序列。我们将介绍几种主要的量子电路综合方法，包括： 基于库的综合： 探讨如何利用预定义的量子门库来构建所需的量子电路。我们将分析不同门库的优劣，以及如何根据应用需求选择合适的库。 基于优化的综合： 介绍如何通过算法优化来生成更短、更高效的量子电路。我们将探讨各种优化技术，如门数量最小化、电路深度最小化、量子比特数量最小化等，并讨论这些优化目标之间的权衡。 基于机器翻译的综合： 介绍新兴的、将经典逻辑描述直接翻译成量子电路的方法，以及其在自动化设计中的潜力。 我们将深入探讨在电路设计过程中可能遇到的挑战，例如量子比特的连接性约束、特定量子硬件平台的限制、以及如何处理量子噪声对电路性能的影响。 第五章：量子可逆电路的实现技术与平台 本章将从实践层面探讨量子可逆电路的实现。我们将介绍当前主流的量子计算硬件平台，包括： 超导量子比特： 介绍其工作原理、优势与挑战，以及如何在其上实现量子门操作。 离子阱量子比特： 探讨其高相干性与高连接性的特点，以及如何设计适应离子阱架构的量子电路。 光量子计算： 分析其在室温操作和长距离传输方面的优势，以及其量子门实现方式。 拓扑量子计算： 介绍其对量子噪声的内在鲁棒性，以及其独特的量子门操作。 我们将讨论不同硬件平台对量子电路设计的具体要求和限制，以及如何根据目标平台来优化电路结构。此外，我们还将介绍与量子电路实现相关的辅助技术，如量子纠错码、量子噪声表征与缓解技术等，这些对于构建实际可用的量子计算机至关重要。 第六章：量子可逆电路的应用实例与前沿研究 本章将通过具体的应用实例，展示量子可逆电路的强大威力。我们将深入分析几种著名的量子算法，如： Shor算法： 探讨其在因子分解方面的指数级加速能力，以及对现有加密体系的潜在威胁。 Grover算法： 分析其在无序数据库搜索方面的二次方加速，以及在优化问题中的应用。 QAOA（量子近似优化算法）： 介绍其在组合优化问题中的应用，以及在近期量子硬件上的可行性。 我们将进一步探讨量子可逆电路在量子模拟、量子机器学习、化学计算、材料科学等领域的广泛应用前景。同时，本章还将展望量子可逆电路设计的未来发展方向，包括： 自动化量子电路综合工具的进步： 探讨如何通过AI和机器学习技术来提升量子电路设计的效率和质量。 面向特定应用的量子电路设计： 如何针对某一特定问题设计最优的量子电路。 量子软件栈的演进： 量子编程语言、编译器和运行时环境的发展如何支撑量子电路的复杂设计与实现。 混合量子-经典计算模型： 探讨如何有效地结合经典计算与量子计算的优势，解决更复杂的问题。 本书特点 理论与实践并重： 本书不仅深入阐述量子可逆计算的理论基础，更注重探讨其在实际实现中的挑战与解决方案。 系统性与前瞻性： 从基础概念到前沿研究，本书构建了一个完整的知识体系，并对未来发展进行了展望。 丰富的案例分析： 通过具体的量子算法和应用实例，帮助读者更好地理解量子可逆电路的设计与应用。 面向读者： 适合对量子计算感兴趣的本科生、研究生、科研人员及相关领域的工程师。 通过阅读本书，读者将能够建立起对量子可逆计算的深刻理解，掌握量子电路设计的基本方法，并为未来投身量子计算的研究与开发打下坚实的基础。我们相信，对量子计算的深入探索，将为人类社会带来前所未有的科技进步。

评分☆☆☆☆☆

这本书在内容组织上展现出极高的逻辑性和层次感，这对于理解一个跨学科的复杂领域至关重要。它不是简单地堆砌知识点，而是构建了一个层层递进的学习路径。开篇奠定基础后，随后迅速过渡到可逆计算的必要性分析，这非常能抓住读者的注意力，让人明白为什么我们需要摆脱经典计算的某些范式。我特别欣赏作者在论述“能量耗散”与“可逆性”之间的深刻联系时所展现出的洞察力。这种对前沿交叉学科联系的把握，使得本书的格局远超一般的教材范畴。它将计算理论、信息论乃至热力学的一些基本原理熔于一炉。当我读到关于“量化实现可逆计算的资源消耗”那一章时，我意识到作者已经将我们从纯理论的探讨带到了实际资源受限的工程现实中去权衡利弊。这种深度的挖掘和广度的连接，让这本书成为了一份既能用于课堂教学，又极其适合独立研究者的参考工具书。

评分☆☆☆☆☆

对于我这种非计算机科学专业出身，但对量子信息领域抱有浓厚兴趣的读者来说，这本书的“综合性”是其最大的亮点之一。它没有因为追求理论深度而牺牲可读性。作者在描述一些高度抽象的概念时，总是能及时地穿插一些历史背景或者类比，帮助我们建立起直观的理解框架。例如，在讨论量子纠错码与可逆电路的关系时，书中的解释非常到位，它展示了信息保护和计算过程本身是如何相互依存、相互促进的。阅读过程中，我感觉作者是在与我进行一场深入的学术对话，而不是冷冰冰地抛出定义和定理。而且，书中对不同量子计算模型（如Adiabatic Quantum Computation与Gate-Based Model）在可逆性处理上的差异化探讨，也极大地拓宽了我的视野。它让我清晰地认识到，虽然目标都是实现高效计算，但在不同的计算框架下，对“可逆”的理解和应用策略是存在微妙但关键的差异的。这种多角度的审视，让这本书的知识体系异常丰满。

评分☆☆☆☆☆

这本书的配套资源和细节处理也体现了作者的匠心。虽然我是在纯文本环境中阅读，但书中对于复杂电路图的描述和索引的清晰度，使得查找特定门操作或定理证明变得非常高效。特别值得一提的是，书中对不同量子比特系统（如超导环路、离子阱等）在实现特定可逆门时可能遇到的实际物理约束的讨论，虽然篇幅不长，但点到为止，为我们指明了理论与现实物理载体之间的桥梁。它没有过度纠缠于某一特定物理实现的细节，从而保持了理论的普适性，但又提供了足够的“锚点”让读者知道，这些理论概念在现实世界中是如何被映射和挑战的。这种平衡处理，让这本书的学术价值和工程应用价值得以同时升华。它不是一本空泛的设想集，而是一份立足于当前技术前沿，对未来发展有着明确指导意义的重量级著作。每一次重读，都能从中发现新的理解层次。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我最大的感受就是它的“可操作性”。市面上很多量子计算的书籍要么过于偏向物理实现，要么陷于纯粹的数学抽象，而这本书却完美地找到了一个平衡点，聚焦于“电路”这一工程实践的核心环节。作者似乎非常了解初学者和进阶工程师在实际设计中可能遇到的痛点，因此在介绍如何将逻辑功能转化为实际的量子门序列时，给出了非常细致的步骤分解。我尝试按照书中的例子，用一套特定的量子门集去搭建了一个小的可逆加法器模型，整个过程的障碍感比我预期的要小很多。这很大程度上归功于书中提供的那些清晰的电路图示和详细的真值表分析。它没有回避在小规模电路中可能出现的冗余和优化问题，反而鼓励读者去思考如何通过优化门深度和量子比特数量来提升电路的效率。这种注重“如何做”而非仅仅“是什么”的写作风格，对于那些想把量子计算知识转化为实际项目经验的人来说，价值无可估量。它为我们提供了一套行之有效的“量子电路工程化”方法论。

评分☆☆☆☆☆

这本书的理论深度和实践指导性真是令人印象深刻。作者在讲解量子计算的原理时，并没有止步于表层的概念介绍，而是深入挖掘了其背后的数学基础和物理图像。尤其是对于“可逆性”这一核心概念的阐述，既有严谨的理论推导，又不乏生动的类比，让人很容易就能把握住量子电路设计的关键约束。我特别喜欢其中关于图灵机的可逆扩展那一部分，它巧妙地将经典计算的逻辑与量子世界的特性结合起来，为构建更高效的量子算法提供了全新的视角。书中对不同类型的可逆门集（如Toffoli门、Fredkin门等）的分析非常透彻，不仅展示了它们的构造方法，还对比了它们在实现通用性方面的优劣势。对于希望从理论层面扎实掌握量子计算，并将其应用于实际电路设计中的读者来说，这本书无疑是一本不可多得的宝藏。它不仅仅是教科书，更像是一份详尽的工程手册，指导我们如何将抽象的量子力学转化为可操作的计算实体。书中的图表清晰明了，公式推导详尽，足以让有一定数理基础的读者在阅读过程中感到酣畅淋漓，极大地提升了对复杂概念的理解速度和准确性。