自然科学总论
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101千字
字数
2025-06-01
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主编推荐语
本书将带领读者踏上量子计算的奇妙旅程。
内容简介
本书清晰地解读了量子计算的核心概念，如叠加、纠缠和幺正变换，展示了这些理论如何重新定义信息处理。通过丰富的类比、历史故事，以及幽默的语言，本书揭示了量子计算在密码学、材料科学、药物研发等领域的巨大潜力。
此外，本书深入探索了希尔伯特空间、量子算法的工作原理，以及实验挑战。无论您是科技迷、学生，还是想了解前沿科技的普通读者，本书都能为您揭开量子计算的奥秘。
目录
- 版权信息
- 内容简介
- 前言
- 第1章 量子奇旅计算的新纪元
- 1.1 从科幻到现实：量子计算的前世今生
- 1.2 量子魔法揭秘：重新定义量子信息技术
- 1.2.1 英雄联盟：那些改变世界的大人物
- 1.2.2 纠缠与叠加：量子世界的双面特工
- 1.2.3 量子计算机的思维导图
- 1.2.4 小心前方障碍：量子计算路上的石与坑
- 1.3 量子计算的舞台：它在这些领域大显神威
- 第2章 空间的秘密希尔伯特与欧几里得的对话
- 2.1 多维数学的神秘面纱：复数
- 2.1.1 从线性运算说起
- 2.1.2 复数的极坐标之舞
- 2.1.3 会“跳舞”的向量：复数加法
- 2.1.4 旋转的秘密：复数乘法
- 2.2 二维世界的“隐秘亲戚”：复数与矩阵
- 2.2.1 复数加法=向量加法：简单又直观
- 2.2.2 复数乘法的“魔法揭秘”：旋转、缩放与矩阵的亲密关系
- 2.3 数学界的上帝公式：欧拉公式
- 2.3.1 传统视角：欧拉公式三角函数证明
- 2.3.2 全新解读：欧拉公式的矩阵证明
- 2.4 从有限到无限的“空间变形术”：欧几里得与希尔伯特
- 2.4.1 向量的变身术
- 2.4.2 矩阵的变形记
- 2.4.3 对应关系的迷宫：矩阵类型
- 2.5 欧氏空间的矩阵家族
- 2.5.1 镜中的自己：实对称矩阵
- 2.5.2 旋转的艺术家：实正交矩阵
- 2.6 希尔伯特空间的矩阵“家族聚会”
- 2.6.1 复数世界的对称美：厄米矩阵
- 2.6.2 完美的旋转：幺正矩阵
- 第3章 微观世界的新星量子比特
- 3.1 量子语言的“拼音”：狄拉克符号
- 3.2 量子世界中的小超人：单量子比特
- 3.2.1 复数与实数的穿越之旅
- 3.2.2 复数的炫彩调色盘
- 3.3 单量子比特的几何探秘
- 3.3.1 全局相位的奥秘：单量子态
- 3.3.2 降维的魔法：单量子态
- 3.3.3 量子态的魔法星球：布洛赫球模型
- 3.4 量子纠缠的华尔兹：多量子比特
- 第4章 单比特的魔法棒量子逻辑门
- 4.1 量子态的优雅旋转：幺正变换
- 4.2 量子世界的“镜像魔术”：厄米共轭算子
- 4.3 计算的魔法公式：幺正变换矩阵
- 4.4 量子态的分身术：H门
- 4.5 量子态的翻转与旋转：泡利矩阵（算子）
- 4.5.1 翻转的艺术：泡利X门
- 4.5.2 神秘的旋转：泡利Y门
- 4.5.3 优雅的变换：泡利Z门
- 第5章 单量子比特的舞步旋转之门
- 5.1 旋转的数学语言：矩阵的指数函数
- 5.2 旋转的原动力：生成元
- 5.3 绕x轴的旋转：RX（θ）门
- 5.4 绕y轴的旋转：RY（θ）门
- 5.5 绕z轴的旋转：RZ（θ）门
- 第6章 量子魔法的协奏多量子比特逻辑门
- 6.1 量子态的结合术：张量积
- 6.2 双人舞的节奏：两量子比特门的通用公式
- 6.3 量子翻转的开关：CNOT门
- 6.4 量子世界的换位舞蹈：SWAP门
- 6.5 旋转的魔法桥梁：CR门
- 6.6 三重奏的乐谱：三量子比特门的通用公式
- 6.7 量子比特的三重奏：Toffoli（CCNOT）门
- 6.8 量子控制下的优雅交换：Fredkin（CSWAP）门
- 第7章 揭秘量子测量的奥秘
- 7.1 从开场到落幕：量子态的神秘演化
- 7.2 量子的终极命运：测量与塌缩
- 7.3 测量中的数学基础：矩阵与量子纠缠
- 7.3.1 量子计算的基本结构：正规矩阵
- 7.3.2 量子态的“全景图”：完备性方程
- 7.3.3 将复杂的矩阵变简单：特征分解
- 7.4 量子态的观察者：投影算子
- 7.5 解锁矩阵的“DNA”：谱分解与投影算子的深度关联
- 7.6 量子态的定格：投影测量
- 7.6.1 测量算子揭秘
- 7.6.2 量子世界的“抛硬币”游戏：单量子比特测量
- 7.7 量子计算的“终极揭晓”：量子线路测量方法
- 第8章 量子计算的开篇传奇D-J算法
- 8.1 从Deutsch-Jozsa问题出发
- 8.2 量子比特的四重奏：探秘量子计算算法
- 8.3 量子计算的关键角色：神秘的Oracle
- 8.4 第一步量子算法：Deutsch算法
- 8.5 从1到n：D-J算法的升级
- 第9章 量子振幅放大的奇妙之旅
- 9.1 量子态的几何之旅：常用几何变换
- 9.2 振幅放大技术揭秘
- 9.2.1 振幅放大算子的奥秘
- 9.2.2 相位翻转的惊奇之处
- 9.2.3 镜像翻转的趣味解读
- 9.2.4 振幅放大的实际应用
- 第10章 开启量子搜索的新时代Grover算法
- 10.1 数据搜索的量子革命：Grover算法初探
- 10.2 量子搜索的魔法工具：Grover算法详解
- 10.2.1 起点：从初态开始，迈向搜索之旅
- 10.2.2 相位翻转背后的奥秘：量子翻转
- 10.2.3 镜中世界：镜像翻转的原理
- 10.2.4 连续两次镜像的奇迹：量子旋转
- 10.2.5 量子搜索的加速器：Grover迭代
- 10.2.6 找到目标的关键：迭代次数k
- 10.3 绘制量子地图：Grover算法的量子线路
- 10.3.1 初态的量子制备：算法的起点
- 10.3.2 锁定关键目标：目标态的相位翻转
- 10.3.3 搜索效率的保障：平均值镜像翻转
- 10.3.4 数学与量子的交汇：镜像翻转的核心原理
- 第11章 频率的量子视角量子傅里叶变换
- 11.1 傅里叶级数的美学：拆解周期的秘密
- 11.1.1 圆周运动的投影：傅里叶级数的直观解读
- 11.1.2 周期的形象化表达：频域图
- 11.1.3 从函数到频谱：频域分析
- 11.1.4 频谱的奥秘揭晓
- 11.2 信号的频率肖像：傅里叶变换
- 11.2.1 复数形式下的傅里叶级数
- 11.2.2 快速傅里叶变换背后的效率革命
- 11.2.3 数字信号处理的幕后英雄：离散傅里叶变换（DFT）
- 11.2.4 还原信号之美：离散傅里叶逆变换
- 11.3 频率魔法的量子版：量子傅里叶变换
- 11.3.1 二进制与量子态的奇妙关系
- 11.3.2 QFT的求和公式解析
- 11.3.3 QFT的张量积表达式
- 11.3.4 二进制展开与量子态制备的奥秘
- 11.4 量子傅里叶变换的线路设计
- 11.4.1 单比特QFT线路：入门级解读
- 11.4.2 双比特QFT线路：复杂性的小小升级
- 11.4.3 三比特QFT线路：迈向多比特世界
- 11.5 还原的量子艺术：量子傅里叶逆变换
- 第12章 解锁量子世界的相位密码量子相位估计
- 12.1 破解相位密码的钥匙：量子相位估计（QPE）
- 12.2 数字的新表达：二进制分数的表示
- 12.3 量子态的“指纹”：相位估计的意义
- 12.4 量子态的相位探测器：相位估计线路
- 12.5 量子相位的完整解密：线路执行步骤
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出版方
电子工业出版社
电子工业出版社成立于1982年10月，是国务院独资、工信部直属的中央级科技与教育出版社，是专业的信息技术知识集成和服务提供商。经过三十多年的建设与发展，已成为一家以科技和教育出版、期刊、网络、行业支撑服务、数字出版、软件研发、软科学研究、职业培训和教育为核心业务的现代知识服务集团。出版物内容涵盖了电子信息技术的各个分支及工业技术、经济管理、科普与少儿、社科人文等领域，综合出版能力位居全国出版行业前列。
