人人可懂的量子计算
内容简介
这是你一定能读懂的量子计算！
量子计算是量子物理与计算机科学的完美融合，将20世纪物理学中那些令人惊叹的观点融入一种全新的计算思维方式中。不过，量子计算不是一种新型的计算，而是对计算本质的发现。
本书由数学家Bernhardt撰写，用简明的数学语言来描述量子世界，只要求读者具备高中数学知识。书中从量子计算的基本单位——量子比特开始，然后讨论量子比特测量、量子纠缠和量子密码学。之后回顾了经典计算中的标准主题——比特、门和逻辑，并描述了Edward Fredkin独创的台球计算机。最后定义了量子门，考虑量子算法的速度，以及量子计算对未来生活的影响。
是时候用一种新的方式来思考计算到底是什么了，因为量子计算的时代就在我们面前。
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作者简介
作者简介：
克里斯•伯恩哈特（Chris Bernhardt）
美国费尔菲尔德大学数学系教授，Turing's Vision: The Birth of Computer Science一书的作者。
译者简介：
邱道文
中山大学计算机系教授。二十余年来从事量子计算与量子信息的研究，在量子计算模型、量子查询算法、半量子密钥分配、量子信息中的不完备性和极限问题、模糊与概率自动机和离散事件系统方面取得了重要成果，解决了国际知名学者C. Moore和J. P. Crutchfield、J. Gruska、S. Gudder提出的问题。其研究将经典与量子计算处理相互融合，以期达到物理可实现性和本质上优于经典计算。在中科院一、二区和CCF A、B类等学术期刊和会议发表了160余篇学术论文，出版一部关于量子自动机的学术专著。
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目录
译者序
前言
致谢
第1章 自旋 …… 1
1.1 量子钟 …… 7
1.2 同一方向的测量 …… 7
1.3 不同方向的测量 …… 8
1.4 测量 …… 10
1.5 随机性 …… 11
1.6 光子与偏振 …… 13
1.7 小结 …… 17
第2章 线性代数 …… 19
2.1 复数与实数 …… 20
2.2 向量 …… 21
2.3 向量的图解 …… 22
2.4 向量的长度 …… 23
2.5 标量乘法 …… 23
2.6 向量加法 …… 24
2.7 正交向量 …… 25
2.8 bra-ket内积 …… 26
2.9 bra-ket与长度 …… 27
2.10 bra-ket与正交 …… 28
2.11 标准正交基 …… 30
2.12 向量的基表示 …… 31
2.13 有序基 …… 34
2.14 向量的长度 …… 35
2.15 矩阵 …… 36
2.16 矩阵运算 …… 39
2.17 正交矩阵与酉矩阵 …… 41
2.18 线性代数工具箱 …… 42
第3章 自旋与量子比特 …… 44
3.1 概率 …… 44
3.2 量子自旋的数学表示 …… 45
3.3 等价状态 …… 49
3.4 自旋方向与基 …… 51
3.5 装置旋转60° …… 54
3.6 光子偏振的数学模型 …… 55
3.7 偏振方向与基 …… 56
3.8 偏振滤波实验 …… 57
3.9 量子比特 …… 59
3.10 Alice、Bob与Eve …… 61
3.11 概率偏振与相干性 …… 64
3.12 Alice、Bob、Eve和BB84协议 …… 65
第４章 纠缠 …… 69
4.1 非纠缠量子比特 …… 70
4.2 非纠缠量子比特的计算 …… 72
4.3 纠缠量子比特的计算 …… 74
4.4 超光速通信 …… 77
4.5 张量积的标准基 …… 79
4.6 如何制备纠缠的量子比特 …… 80
4.7 使用CNOT门制备纠缠的量子比特 …… 82
4.8 纠缠的量子钟 …… 84
第5章 贝尔不等式 …… 87
5.1 不同基下的纠缠量子比特 …… 89
5.2 爱因斯坦与定域实在性 …… 93
5.3 爱因斯坦和隐变量 …… 95
5.4 纠缠的经典解释 …… 95
5.5 贝尔不等式 …… 97
5.6 量子力学的解释 …… 98
5.7 经典的解释 …… 100
5.8 测量 …… 105
5.9 量子密钥分发的Ekert协议 …… 106
第6章 经典逻辑、门和电路 …… 109
6.1 逻辑 …… 110
6.2 布尔代数 …… 112
6.3 功能的完备性 …… 115
6.4 门 …… 119
6.5 电路 …… 121
6.6 与非门是一个通用门 …… 123
6.7 门与计算 …… 123
6.8 存储 …… 126
6.9 可逆计算 …… 127
6.10 台球计算 …… 135
第7章 量子门和电路 …… 141
7.1 量子比特 …… 142
7.2 受控非门 …… 143
7.3 量子门 …… 145
7.4 作用于一个量子比特的量子门 …… 146
7.5 是否存在通用量子门 …… 149
7.6 非克隆定理 …… 149
7.7 量子计算与经典计算 …… 153
7.8 贝尔电路 …… 153
7.9 超密编码 …… 156
7.10 量子隐形传态 …… 160
7.11 纠错 …… 165
第8章 量子算法 …… 173
8.1 P与NP …… 174
8.2 量子算法是否比经典算法快 …… 177
8.3 查询复杂性 …… 178
8.4 Deutsch算法 …… 178
8.5 Hadamard矩阵的Kronecker积 …… 184
8.6 Deutsch-Jozsa算法 …… 188
8.7 Simon算法 …… 194
8.8 复杂性类 …… 206
8.9 量子算法 …… 209
第9章 量子计算的作用 …… 212
9.1 Shor算法与密码分析 …… 213
9.2 Grover算法与数据检索 …… 218
9.3 化学与模拟 …… 224
9.4 硬件 …… 226
9.5 量子霸权与平行宇宙 …… 231
9.6 计算 …… 232
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