人人可懂的量子計算

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內容描述

這是你一定能讀懂的量子計算！
量子計算是量子物理與計算機科學的完美融合，
將20世紀物理學中那些令人驚嘆的觀點融入一種全新的計算思維方式中。
不過，量子計算不是一種新型的計算，而是對計算本質的發現。
本書由數學家Bernhardt撰寫，用簡明的數學語言來描述量子世界，只要求讀者俱備高中數學知識。
書中從量子計算的基本單位——量子比特開始，然後討論量子比特測量、量子糾纏和量子密碼學。
之後回顧了經典計算中的標準主題——比特、門和邏輯，並描述了Edward Fredkin獨*的台球計算機。
最後定義了量子門，考慮量子算法的速度，以及量子計算對未來生活的影響。
是時候用一種新的方式來思考計算到底是什麼了，因為量子計算的時代就在我們面前。

目錄大綱

譯者序
前言
致謝
第1章自旋…… 1
1.1 量子鐘…… 7
1.2 同一方向的測量…… 7
1.3 不同方向的測量…… 8
1.4 測量…… 10
1.5 隨機性…… 11
1.6 光子與偏振…… 13
1.7 小結…… 17
第2章線性代數…… 19
2.1 複數與實數…… 20
2.2 向量…… 21
2.3 向量的圖解…… 22
2.4 向量的長度…… 23
2.5 標量乘法…… 23
2.6 向量加法…… 24
2.7 正交向量…… 25
2.8 bra-ket內積…… 26
2.9 bra-ket與長度…… 27
2.10 bra-ket與正交…… 28
2.11 標準正交基…… 30
2.12 向量的基表示…… 31
2.13 有序基…… 34
2.14 向量的長度…… 35
2.15 矩陣…… 36
2.16 矩陣運算…… 39
2.17 正交矩陣與酉矩陣…… 41
2.18 線性代數工具箱…… 42
第3章自旋與量子比特…… 44
3.1 概率…… 44
3.2 量子自旋的數學表示…… 45
3.3 等價狀態…… 49
3.4 自旋方向與基…… 51
3.5 裝置旋轉60° …… 54
3.6 光子偏振的數學模型…… 55
3.7 偏振方向與基…… 56
3.8 偏振濾波實驗…… 57
3.9 量子比特…… 59
3.10 Alice、Bob與Eve …… 61
3.11 概率偏振與相干性…… 64
3.12 Alice、Bob、Eve和BB84協議…… 65
第４章糾纏…… 69
4.1 非糾纏量子比特…… 70
4.2 非糾纏量子比特的計算…… 72
4.3 糾纏量子比特的計算…… 74
4.4 超光速通信…… 77
4.5 張量積的標準基…… 79
4.6 如何製備糾纏的量子比特…… 80
4.7 使用CNOT門製備糾纏的量子比特…… 82
4.8 糾纏的量子鐘…… 84
第5章貝爾不等式…… 87
5.1 不同基下的糾纏量子比特…… 89
5.2 愛因斯坦與定域實在性…… 93
5.3 愛因斯坦和隱變量…… 95
5.4 糾纏的經典解釋…… 95
5.5 貝爾不等式…… 97
5.6 量子力學的解釋…… 98
5.7 經典的解釋…… 100
5.8 測量…… 105
5.9 量子密鑰分發的Ekert協議…… 106
第6章經典邏輯、門和電路…… 109
6.1 邏輯…… 110
6.2 布爾代數…… 112
6.3 功能的完備性…… 115
6.4 門…… 119
6.5 電路…… 121
6.6 與非門是一個通用門…… 123
6.7 門與計算…… 123
6.8 存儲…… 126
6.9 可逆計算…… 127
6.10 台球計算…… 135
第7章量子門和電路…… 141
7.1 量子比特…… 142
7.2 受控非門…… 143
7.3 量子門…… 145
7.4 作用於一個量子比特的量子門…… 146
7.5 是否存在通用量子門…… 149
7.6 非克隆定理…… 149
7.7 量子計算與經典計算…… 153
7.8 貝爾電路…… 153
7.9 超密編碼…… 156
7.10 量子隱形傳態…… 160
7.11 糾錯…… 165
第8章量子算法…… 173
8.1 P與NP …… 174
8.2 量子算法是否比經典算法快…… 177
8.3 查詢複雜性…… 178
8.4 Deutsch算法…… 178
8.5 Hadamard矩陣的Kronecker積…… 184
8.6 Deutsch-Jozsa算法…… 188
8.7 Simon算法…… 194
8.8 複雜性類…… 206
8.9 量子算法…… 209
第9章量子計算的作用…… 212
9.1 Shor算法與密碼分析…… 213
9.2 Grover算法與數據檢索…… 218
9.3 化學與模擬…… 224
9.4 硬件…… 226
9.5 量子霸權與平行宇宙…… 231
9.6 計算…… 232

作者介紹

Chris Bernhardt
美國費爾菲爾德大學數學系教授，Turing's Vision: The Birth of Computer Science一書的作者。

譯者簡介：
邱道文
中山大學計算機系教授。二十餘年來從事量子計算與量子信息的研究，
在量子計算模型、量子查詢算法、半量子密鑰分配、量子信息中的不完備性和極限問題、
模糊與概率自動機和離散事件系統方面取得了重要成果，
解決了國際知名學者C. Moore和JP Crutchfield、J. Gruska、S. Gudder提出的問題。
其研究將經典與量子計算處理相互融合，以期達到物理可實現性和本質上優於經典計算。
在中科院一、二區和CCF A、B類等學術期刊和會議發表了160餘篇學術論文，
出版一部關於量子自動機的學術專著。