作者：查克·伊斯特姆
页数：352
出版社：电子工业出版社
出版日期：2023
ISBN：9787121446047
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内容简介
本书清晰介绍了量子计算的核心概念、术语和技术，涵盖推荐的数学、物理学和信息论的基础知识，同时提供了量子编程动手实践。本书揭开了隐藏在量子计算中的技术概念和数学原理的神秘面纱，展示了量子计算系统的设计和构建方式，解释了量子计算系统对网络安全的影响，同时概括了抗量子密码学的进展。本书还扼要地介绍了当今优选的量子编程语言Microsoft Q#和QASM。本书各章包含的习题测试和示例项目有助于读者深入理解和运用所学知识。本书文字浅显易懂，是量子计算初学者的完美指南。
作者简介
查克·伊斯特姆博士在计算机安全、取证和密码学等领域出版了31部著作，其中部分著作已被60多所高校用作教材。伊斯特姆博士还在数字取证、网络战、密码学和应用数学等领域发表过大量学术论文（超过70篇），同时拥有22项计算机科学发明专利。他拥有3个博士学位：网络安全方面的科学博士学位（论文题目为a study of lattice-based cryptographic algorithms for post-quantum computing），纳米技术方面的技术博士学位（论文题目为The Effects of Complexity on Carbon Nanotube Failures），以及计算机科学博士学位（论文题目为On the Application of Graph Theory to Digital Forensics）。此外，他还拥有应用计算机科学、教育学和系统工程3个专业的硕士学位。伊斯特姆博士还是电气电子工程师学会（IEEE）和国际计算机协会（ACM）资深会员，国际密码研究协会（IACR）和系统工程国际委员会（INCOSE）会员，以及ACM杰出演讲者和IEEE杰出访问者。伊斯特姆博士现任乔治城大学兼职讲师。
本书特色
真正适合量子计算快速入门的超简明实用手册｜甄选物理、数学、信息论第一知识降低学习难度｜概念、实操、示例项目、测试习题一应俱全，同样适合课堂教学《量子计算导论(英文版)》聚焦量子计算如下内容：◎清晰阐释核心概念、术语和技巧；◎涵盖第一的物理、数学和信息论基础知识；◎提供量子编程操作练习；◎一本适合量子编程初学者的完美指南。
目录
Credits............................................................................................................... 15
Chapter 1 线性代数入门 ................................................................................. 16
1.1 什么是线性代数 ................................................................................................. 17
1.2 代数入门 ............................................................................................................. 18
1.2.1 群、环和域 ............................................................................................. 20
1.3 矩阵数学 ............................................................................................................. 24
1.3.1 矩阵加法和乘法 ..................................................................................... 25
1.3.2 矩阵转置 ................................................................................................. 27
1.3.3 子矩阵 ..................................................................................................... 28
1.3.4 单位矩阵 ................................................................................................. 29
1.3.5 深入了解矩阵 ......................................................................................... 30
1.4 向量和向量空间 ................................................................................................. 37
1.5 集合论 ................................................................................................................. 39
1.6 小结 ..................................................................................................................... 43
Chapter 2 复数................................................................................................ 46
2.1 什么是复数 ......................................................................................................... 46
2.2 复数的代数运算 ................................................................................................. 48
2.3 用图形表示复数 ................................................................................................. 52
2.4 用向量表示复数 ................................................................................................. 59
2.5 泡利矩阵 ............................................................................................................. 62
2.5.1 泡利矩阵的代数性质 ............................................................................. 66
2.6 超越数 ................................................................................................................. 70
2.7 小结 ..................................................................................................................... 72
Chapter 3 量子计算的物理学基础 ................................................................... 74
3.1 量子之旅 ............................................................................................................. 75
3.2 量子物理学要点 ................................................................................................. 79
3.2.1 基本原子结构 ......................................................................................... 79
3.2.2 希尔伯特空间 ......................................................................................... 82
3.2.3 不确定性 ................................................................................................. 84
3.2.4 量子态 ..................................................................................................... 87
3.2.5 量子纠缠 ................................................................................................. 89
3.3 小结 ..................................................................................................................... 91
Chapter 4 量子计算的计算机科学基础............................................................ 94
4.1 数据结构 ............................................................................................................. 95
4.1.1 列表 ......................................................................................................... 95
4.1.2 二叉树 ................................................................................................... 102
4.2 算法 ................................................................................................................... 102
4.2.1 排序算法 ............................................................................................... 104
4.3 计算复杂性理论 ............................................................................................... 107
4.3.1 圈复杂度 ............................................................................................... 107
4.3.2 霍尔斯特德度量指标 ........................................................................... 108
4.4 编码理论 ........................................................................................................... 109
4.5 逻辑门 ............................................................................................................... 110
4.5.1 与 ........................................................................................................... 110
4.5.2 或 ........................................................................................................... 110
4.5.3 异或 ....................................................................................................... 110
4.5.4 逻辑门的应用 ........................................................................................ 111
4.6 计算机架构 ....................................................................................................... 114
4.7 小结 ................................................................................................................... 117
Chapter 5 信息论基础 ................................................................................... 120
5.1 基本概率 ........................................................................................................... 121
5.1.1 基本概率规则 ....................................................................................... 121
5.2 集合论 ............................................................................................................... 122
5.3 信息论 ............................................................................................................... 126
5.3.1 定理 1：香农的信源编码定理 ............................................................. 127
5.3.2 定理 2：有噪信道编码定理 ................................................................. 127
5.3.3 信息熵 ................................................................................................... 127
5.3.4 信息多样性 ........................................................................................... 130
5.4 量子信息论 ....................................................................................................... 132
5.5 小结 ................................................................................................................... 134
Chapter 6 量子理论基础 ............................................................................... 136
6.1 量子力学进阶 ................................................................................................... 137
6.1.1 狄拉克符号 ........................................................................................... 137
6.1.2 哈密顿算符 ........................................................................................... 138
6.1.3 波函数坍缩 ........................................................................................... 139
6.1.4 薛定谔方程 .....................................
Chapter 1 线性代数入门 ................................................................................. 16
1.1 什么是线性代数 ................................................................................................. 17
1.2 代数入门 ............................................................................................................. 18
1.2.1 群、环和域 ............................................................................................. 20
1.3 矩阵数学 ............................................................................................................. 24
1.3.1 矩阵加法和乘法 ..................................................................................... 25
1.3.2 矩阵转置 ................................................................................................. 27
1.3.3 子矩阵 ..................................................................................................... 28
1.3.4 单位矩阵 ................................................................................................. 29
1.3.5 深入了解矩阵 ......................................................................................... 30
1.4 向量和向量空间 ................................................................................................. 37
1.5 集合论 ................................................................................................................. 39
1.6 小结 ..................................................................................................................... 43
Chapter 2 复数................................................................................................ 46
2.1 什么是复数 ......................................................................................................... 46
2.2 复数的代数运算 ................................................................................................. 48
2.3 用图形表示复数 ................................................................................................. 52
2.4 用向量表示复数 ................................................................................................. 59
2.5 泡利矩阵 ............................................................................................................. 62
2.5.1 泡利矩阵的代数性质 ............................................................................. 66
2.6 超越数 ................................................................................................................. 70
2.7 小结 ..................................................................................................................... 72
Chapter 3 量子计算的物理学基础 ................................................................... 74
3.1 量子之旅 ............................................................................................................. 75
3.2 量子物理学要点 ................................................................................................. 79
3.2.1 基本原子结构 ......................................................................................... 79
3.2.2 希尔伯特空间 ......................................................................................... 82
3.2.3 不确定性 ................................................................................................. 84
3.2.4 量子态 ..................................................................................................... 87
3.2.5 量子纠缠 ................................................................................................. 89
3.3 小结 ..................................................................................................................... 91
Chapter 4 量子计算的计算机科学基础............................................................ 94
4.1 数据结构 ............................................................................................................. 95
4.1.1 列表 ......................................................................................................... 95
4.1.2 二叉树 ................................................................................................... 102
4.2 算法 ................................................................................................................... 102
4.2.1 排序算法 ............................................................................................... 104
4.3 计算复杂性理论 ............................................................................................... 107
4.3.1 圈复杂度 ............................................................................................... 107
4.3.2 霍尔斯特德度量指标 ........................................................................... 108
4.4 编码理论 ........................................................................................................... 109
4.5 逻辑门 ............................................................................................................... 110
4.5.1 与 ........................................................................................................... 110
4.5.2 或 ........................................................................................................... 110
4.5.3 异或 ....................................................................................................... 110
4.5.4 逻辑门的应用 ........................................................................................ 111
4.6 计算机架构 ....................................................................................................... 114
4.7 小结 ................................................................................................................... 117
Chapter 5 信息论基础 ................................................................................... 120
5.1 基本概率 ........................................................................................................... 121
5.1.1 基本概率规则 ....................................................................................... 121
5.2 集合论 ............................................................................................................... 122
5.3 信息论 ............................................................................................................... 126
5.3.1 定理 1：香农的信源编码定理 ............................................................. 127
5.3.2 定理 2：有噪信道编码定理 ................................................................. 127
5.3.3 信息熵 ................................................................................................... 127
5.3.4 信息多样性 ........................................................................................... 130
5.4 量子信息论 ....................................................................................................... 132
5.5 小结 ................................................................................................................... 134
Chapter 6 量子理论基础 ............................................................................... 136
6.1 量子力学进阶 ................................................................................................... 137
6.1.1 狄拉克符号 ........................................................................................... 137
6.1.2 哈密顿算符 ........................................................................................... 138
6.1.3 波函数坍缩 ........................................................................................... 139
6.1.4 薛定谔方程 .....................................
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