正版量子可逆電路綜閤的方法與實踐陳漢武東南大學齣版社9787564172411 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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陳漢武，李誌強 著

圖書標籤:

• 量子計算
• 可逆電路
• 量子電路綜閤
• 量子信息
• 東南大學齣版社
• 陳漢武
• 9787564172411
• 電子工程
• 計算機科學
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齣版社： 東南大學齣版社

ISBN：9787564172411

商品編碼：29713030364

頁數：160

圖書基本信息 書名：   量子可逆電路綜閤的方法與實踐 叢書名：   作者/主編：   陳漢武，李誌強 齣版社：   東南大學齣版社 ISBN號：   9787564172411  齣版年份：   2017年9月    版次：   第1版 總頁數：   160頁 開本：   16 圖書定價：   39元 實際重量：   259g 新舊程度：   正版全新

陳漢武，博士，東南大學計算機科學與工程學院教授，博士生導師，《Mathematical Review》與《lEEE Transactions on Information Theo~》特約評審。自1 999年參加京都大學數理解析所量子信息討論班後，對量子信息與量子計算萌發興趣並開始關注量子計算與量子信息的科技進展。1 999年4月開始主持為期一年的山口大學地區閤作中,bVBL項目《實現信息量子通信基礎技術的理論研究》；歸國後，2005年9月組建量子計算與量子信息研究室；2006年7月齣版教材《量子計算與量子信息簡明教程》。研究興趣包括：量子可逆邏輯電路綜閤、量子安全通信協議、量子糾錯編碼、基於量子計算的圖像處理等相關主題的量子計算理論研究與應用探索。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等期刊上已纍計發錶論文124篇，其中SCI收錄42篇，EI收錄82篇，SCI錶現不俗7篇。李誌強，博士，揚州大學信息工程學院計算機科學與技術係主任，教授，碩士生導師。2005年開始從事量子可逆邏輯電路綜閤算法研究，已發錶研究性論文59篇，其中SCI收錄20篇、EI收錄32篇。研究興趣包括：量子可逆邏輯電路綜閤算法及其程序實現，量子安全通信協議。

章 為什麼要研究量子可逆邏輯電路?

1．1 集成電路産業大事記、摩爾定律與芯片集成度及其可預見的發展極限
1．2 不可逆邏輯門、不可逆電路與計算機硬件的能耗與降溫
1．3 理論上量子可逆門電路可以解決以上兩個瓶頸問題
1．4 可逆邏輯門、可逆邏輯門集閤的稠密子集
1．5 量子比特與張量乘積
1．6 量子態的疊加與並行計算
1．7 量子態疊加與量子態糾纏物理現象的代數錶達式
1．8 量子可逆邏輯電路的基本概念、發展簡史與問題解決的基本方法
1．9 物理模型，數學模型，學習的任務

第二章 量子可逆邏輯電路代數演算中的基本定義
2．1 可逆函數、可逆邏輯門與可逆邏輯門電路的基本定義
2．2 量子邏輯門及其演算

第三章 真值錶方法-
3．1 邏輯函數與真值錶及其運算規則
3．2 用真值錶求解可逆邏輯門電路的漢明距離方法
3．3 基於真值錶的二分法可逆邏輯電路綜閤算法
3．3．1 相關概念與約定
3．3．2 以3量子為例解說二分電路綜閤算法
3．3．3 算法分析
3．3．4 優化
3．3．5 實驗計算結果
3．4 基於真值錶的圖錶示法可逆邏輯電路綜閤算法
3．4．1 相關概念與約定
3．4．2 算法描述
3．4．3 優化
3．4．4 實驗計算結果和分析
3．5 基於真值錶的圖錶示法可逆邏輯電路綜閤算法的4量子可逆函數綜閤舉例

第四章 代數方法
4．1 邏輯代數與邏輯電路
4．2 基於R-M方法求解邏輯函數的可逆邏輯電路
4．3 用R-M方法求解可逆邏輯門電路例題
4．4 一個基於R-M方法的量子可逆邏輯電路綜閤的算法
4．4．1 三個基本定義
4．4．2 三個優化規則
4．4．3 基於R-M的量子可逆邏輯門電路綜閤方法
4．4．4 基於R-M的量子可逆邏輯電路綜閤的快速算法
4．4．5 算法結果與分析

第五章 置換群方法
5．1 用置換群建模的相關基礎知識
5．1．1 映射函數f（x）的置換錶示
5．1．2 置換裏的映射和置換群上的乘積運算
5．1．3 置換中的換位運算與一個置換的換位錶達
5．2．3 量子比特的換位元素組與量子可逆邏輯電路的綜閤方法
5．3 基於Hash錶的量子邏輯電路綜閤算法
5．3．1 基本概念（Fredkin門和Peres門的定義）
5．3．2 基於小完備Hash函數的量子可逆邏輯電路綜閤算法
5．3．3 基於位運算的Hash函數量子可逆邏輯電路綜閤算法
5．3．4 實驗結果與分析

第六章 4量子可逆邏輯電路綜閤算法
6．1 基本概念
6．2 量子可逆邏輯電路綜閤的新算法
6．2．1 小長度整體綜閤算法
6．2．2 量子電路序列生成算法
6．3 實驗結果與分析
附錄A
附錄B 模闆及其模闆優化技術
附錄C Hash錶的邏輯結構與物理構造
綜閤練習
量子可逆邏輯電路綜閤論文列錶

《量子可逆電路綜閤的方法與實踐》的主要思路源自作者近年來開設的關於量子計算科普性新生研討課的教學實踐，主要內容選自作者及其學生多年來在量子可逆邏輯電路綜閤設計理論與方法的科學研究實踐中獲得的部分成果。針對《量子可逆邏輯電路》計算機設計的問題，藉鑒成熟的、不同的數學理論，展現物理問題、數學建模、算法設計、程序實踐的基於計算機的計算邏輯思維方法。全書共分六章，章與第二章主要講述量子可逆邏輯電路研究的意義及其在代數演算中的基本定義，第三至第五章，分彆講述瞭基於真值錶、R-M方法、置換群代數方法的設計方法，第六章通過實例重點講述瞭4量子可逆邏輯電路綜閤程序設計的算法思想和程序實現。

　　《量子可逆電路綜閤的方法與實踐》問題專一，方法多樣，因舉一反三可開闊思路，重點突齣，思路新穎，因案例驅動可解說計算思維，問題明確，寥寥數字，因結果的可比性可作為程序設計大賽的競賽命題，亦可作為量子計算興趣者的自學用書。

《量子計算的基石：可逆計算與電路設計》 內容簡介 在信息技術飛速發展的今天，我們正站在一個技術變革的十字路口。傳統計算模式在處理海量數據和解決復雜問題時，已顯露齣其局限性。與此同時，一種全新的計算範式——量子計算，正以其顛覆性的潛力，預示著一個計算能力的指數級飛躍。而量子計算的基石，正是其核心的計算模型：可逆計算。 本書旨在深入剖析量子計算的理論基礎，重點闡述可逆計算的原理、方法與實踐，並在此基礎上探討如何設計與實現高效、可靠的量子電路。我們將從最基礎的概念齣發，逐步引導讀者理解為何可逆性對於量子計算至關重要，以及如何構建滿足這一要求的計算單元。 第一章：計算的邊界與量子計算的曙光 在這一章，我們將迴顧經典計算的發展曆程，探討其在摩爾定律極限下的瓶頸。我們將引入熱力學中的不可逆性對計算能耗的影響，為理解量子計算的優勢奠定理論基礎。隨後，我們將簡要介紹量子力學的基本原理，如疊加態、糾纏等，並以此引齣量子計算的獨特能力，以及其與經典計算在根本上的差異。讀者將初步認識到，量子計算並非僅僅是“更快的經典計算”，而是一種全新的計算範式。 第二章：可逆計算的理論基石 本章將聚焦於可逆計算的核心概念。我們將詳細解釋“可逆性”在計算領域的意義，即一個計算過程是否可以完全恢復其輸入狀態。我們將介紹可逆計算與信息守恒的深刻聯係，以及其在理論上如何剋服經典計算中的信息丟失問題，從而在理論上實現無限小的能耗。 我們將深入探討經典可逆邏輯門，如CNOT門、Toffoli門等，分析它們的邏輯功能和工作原理。我們將展示如何利用這些基本門構建更復雜的經典可逆電路，並探討其在特定領域（如可逆電路測試、可逆硬件設計等）的應用前景。 第三章：從經典到量子：可逆性的量子化 本章將重點闡述可逆性在量子計算中的作用。我們將解釋，由於量子力學的幺正性（Unitarity），量子門本質上都是可逆的。這意味著在量子計算中，信息的丟失是避免的，為實現強大的量子算法提供瞭內在保障。 我們將詳細介紹量子比特（qubit）的概念，以及如何用量子門（如Hadamard門、Pauli門等）來操縱量子比特的狀態。我們將重點講解構成量子計算的基本量子邏輯門，如CNOT門、Toffoli門在量子電路中的實現，以及它們如何完成量子比特之間的信息交換和邏輯操作。我們將強調，這些量子門的可逆性是量子計算能夠執行復雜算法並實現指數級加速的關鍵。 第四章：量子可逆電路的設計理論 本章將進入量子可逆電路設計的核心。我們將從理論層麵深入分析如何將一個給定的邏輯功能轉化為一係列量子門的操作序列。我們將介紹幾種主要的量子電路綜閤方法，包括： 基於庫的綜閤： 探討如何利用預定義的量子門庫來構建所需的量子電路。我們將分析不同門庫的優劣，以及如何根據應用需求選擇閤適的庫。 基於優化的綜閤： 介紹如何通過算法優化來生成更短、更高效的量子電路。我們將探討各種優化技術，如門數量最小化、電路深度最小化、量子比特數量最小化等，並討論這些優化目標之間的權衡。 基於機器翻譯的綜閤： 介紹新興的、將經典邏輯描述直接翻譯成量子電路的方法，以及其在自動化設計中的潛力。 我們將深入探討在電路設計過程中可能遇到的挑戰，例如量子比特的連接性約束、特定量子硬件平颱的限製、以及如何處理量子噪聲對電路性能的影響。 第五章：量子可逆電路的實現技術與平颱 本章將從實踐層麵探討量子可逆電路的實現。我們將介紹當前主流的量子計算硬件平颱，包括： 超導量子比特： 介紹其工作原理、優勢與挑戰，以及如何在其上實現量子門操作。 離子阱量子比特： 探討其高相乾性與高連接性的特點，以及如何設計適應離子阱架構的量子電路。 光量子計算： 分析其在室溫操作和長距離傳輸方麵的優勢，以及其量子門實現方式。 拓撲量子計算： 介紹其對量子噪聲的內在魯棒性，以及其獨特的量子門操作。 我們將討論不同硬件平颱對量子電路設計的具體要求和限製，以及如何根據目標平颱來優化電路結構。此外，我們還將介紹與量子電路實現相關的輔助技術，如量子糾錯碼、量子噪聲錶徵與緩解技術等，這些對於構建實際可用的量子計算機至關重要。 第六章：量子可逆電路的應用實例與前沿研究 本章將通過具體的應用實例，展示量子可逆電路的強大威力。我們將深入分析幾種著名的量子算法，如： Shor算法： 探討其在因子分解方麵的指數級加速能力，以及對現有加密體係的潛在威脅。 Grover算法： 分析其在無序數據庫搜索方麵的二次方加速，以及在優化問題中的應用。 QAOA（量子近似優化算法）： 介紹其在組閤優化問題中的應用，以及在近期量子硬件上的可行性。 我們將進一步探討量子可逆電路在量子模擬、量子機器學習、化學計算、材料科學等領域的廣泛應用前景。同時，本章還將展望量子可逆電路設計的未來發展方嚮，包括： 自動化量子電路綜閤工具的進步： 探討如何通過AI和機器學習技術來提升量子電路設計的效率和質量。 麵嚮特定應用的量子電路設計： 如何針對某一特定問題設計最優的量子電路。 量子軟件棧的演進： 量子編程語言、編譯器和運行時環境的發展如何支撐量子電路的復雜設計與實現。 混閤量子-經典計算模型： 探討如何有效地結閤經典計算與量子計算的優勢，解決更復雜的問題。 本書特點 理論與實踐並重： 本書不僅深入闡述量子可逆計算的理論基礎，更注重探討其在實際實現中的挑戰與解決方案。 係統性與前瞻性： 從基礎概念到前沿研究，本書構建瞭一個完整的知識體係，並對未來發展進行瞭展望。 豐富的案例分析： 通過具體的量子算法和應用實例，幫助讀者更好地理解量子可逆電路的設計與應用。 麵嚮讀者： 適閤對量子計算感興趣的本科生、研究生、科研人員及相關領域的工程師。 通過閱讀本書，讀者將能夠建立起對量子可逆計算的深刻理解，掌握量子電路設計的基本方法，並為未來投身量子計算的研究與開發打下堅實的基礎。我們相信，對量子計算的深入探索，將為人類社會帶來前所未有的科技進步。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書，我最大的感受就是它的“可操作性”。市麵上很多量子計算的書籍要麼過於偏嚮物理實現，要麼陷於純粹的數學抽象，而這本書卻完美地找到瞭一個平衡點，聚焦於“電路”這一工程實踐的核心環節。作者似乎非常瞭解初學者和進階工程師在實際設計中可能遇到的痛點，因此在介紹如何將邏輯功能轉化為實際的量子門序列時，給齣瞭非常細緻的步驟分解。我嘗試按照書中的例子，用一套特定的量子門集去搭建瞭一個小的可逆加法器模型，整個過程的障礙感比我預期的要小很多。這很大程度上歸功於書中提供的那些清晰的電路圖示和詳細的真值錶分析。它沒有迴避在小規模電路中可能齣現的冗餘和優化問題，反而鼓勵讀者去思考如何通過優化門深度和量子比特數量來提升電路的效率。這種注重“如何做”而非僅僅“是什麼”的寫作風格，對於那些想把量子計算知識轉化為實際項目經驗的人來說，價值無可估量。它為我們提供瞭一套行之有效的“量子電路工程化”方法論。

評分☆☆☆☆☆

這本書的配套資源和細節處理也體現瞭作者的匠心。雖然我是在純文本環境中閱讀，但書中對於復雜電路圖的描述和索引的清晰度，使得查找特定門操作或定理證明變得非常高效。特彆值得一提的是，書中對不同量子比特係統（如超導環路、離子阱等）在實現特定可逆門時可能遇到的實際物理約束的討論，雖然篇幅不長，但點到為止，為我們指明瞭理論與現實物理載體之間的橋梁。它沒有過度糾纏於某一特定物理實現的細節，從而保持瞭理論的普適性，但又提供瞭足夠的“錨點”讓讀者知道，這些理論概念在現實世界中是如何被映射和挑戰的。這種平衡處理，讓這本書的學術價值和工程應用價值得以同時升華。它不是一本空泛的設想集，而是一份立足於當前技術前沿，對未來發展有著明確指導意義的重量級著作。每一次重讀，都能從中發現新的理解層次。

評分☆☆☆☆☆

對於我這種非計算機科學專業齣身，但對量子信息領域抱有濃厚興趣的讀者來說，這本書的“綜閤性”是其最大的亮點之一。它沒有因為追求理論深度而犧牲可讀性。作者在描述一些高度抽象的概念時，總是能及時地穿插一些曆史背景或者類比，幫助我們建立起直觀的理解框架。例如，在討論量子糾錯碼與可逆電路的關係時，書中的解釋非常到位，它展示瞭信息保護和計算過程本身是如何相互依存、相互促進的。閱讀過程中，我感覺作者是在與我進行一場深入的學術對話，而不是冷冰冰地拋齣定義和定理。而且，書中對不同量子計算模型（如Adiabatic Quantum Computation與Gate-Based Model）在可逆性處理上的差異化探討，也極大地拓寬瞭我的視野。它讓我清晰地認識到，雖然目標都是實現高效計算，但在不同的計算框架下，對“可逆”的理解和應用策略是存在微妙但關鍵的差異的。這種多角度的審視，讓這本書的知識體係異常豐滿。

評分☆☆☆☆☆

這本書的理論深度和實踐指導性真是令人印象深刻。作者在講解量子計算的原理時，並沒有止步於錶層的概念介紹，而是深入挖掘瞭其背後的數學基礎和物理圖像。尤其是對於“可逆性”這一核心概念的闡述，既有嚴謹的理論推導，又不乏生動的類比，讓人很容易就能把握住量子電路設計的關鍵約束。我特彆喜歡其中關於圖靈機的可逆擴展那一部分，它巧妙地將經典計算的邏輯與量子世界的特性結閤起來，為構建更高效的量子算法提供瞭全新的視角。書中對不同類型的可逆門集（如Toffoli門、Fredkin門等）的分析非常透徹，不僅展示瞭它們的構造方法，還對比瞭它們在實現通用性方麵的優劣勢。對於希望從理論層麵紮實掌握量子計算，並將其應用於實際電路設計中的讀者來說，這本書無疑是一本不可多得的寶藏。它不僅僅是教科書，更像是一份詳盡的工程手冊，指導我們如何將抽象的量子力學轉化為可操作的計算實體。書中的圖錶清晰明瞭，公式推導詳盡，足以讓有一定數理基礎的讀者在閱讀過程中感到酣暢淋灕，極大地提升瞭對復雜概念的理解速度和準確性。

評分☆☆☆☆☆

這本書在內容組織上展現齣極高的邏輯性和層次感，這對於理解一個跨學科的復雜領域至關重要。它不是簡單地堆砌知識點，而是構建瞭一個層層遞進的學習路徑。開篇奠定基礎後，隨後迅速過渡到可逆計算的必要性分析，這非常能抓住讀者的注意力，讓人明白為什麼我們需要擺脫經典計算的某些範式。我特彆欣賞作者在論述“能量耗散”與“可逆性”之間的深刻聯係時所展現齣的洞察力。這種對前沿交叉學科聯係的把握，使得本書的格局遠超一般的教材範疇。它將計算理論、信息論乃至熱力學的一些基本原理熔於一爐。當我讀到關於“量化實現可逆計算的資源消耗”那一章時，我意識到作者已經將我們從純理論的探討帶到瞭實際資源受限的工程現實中去權衡利弊。這種深度的挖掘和廣度的連接，讓這本書成為瞭一份既能用於課堂教學，又極其適閤獨立研究者的參考工具書。