量子計算導論
譚曉青、宋婷婷、翁健
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商品描述
本書在全面介紹量子計算與量子信息理論中用到的量子力學、線性代數、計算復雜性理論等背景知 識的基礎上，著重介紹幾個代表性的量子算法：Deutsch-Jozsa 算法、Simon 算法、BV 算法、Grover 算 法、量子傅里葉變換、HHL 算法等。同時，也介紹量子計算與量子信息實際應用所涉及的一些問題，包 括量子通信中的量子密鑰分發與量子隨機數，以及安全量子計算協議，並簡單介紹幾種未來量子電腦 可能的物理實現形式。 全書共分 3 篇：第 1 篇（第 1~4 章）為基礎知識背景篇，著重介紹量子計算與量子信息理論所用到 的量子力學、線性代數、計算復雜性理論等背景知識；第 2 篇（第 5~8 章）為算法篇，著重介紹幾個有 代表性的量子算法，說明算法步驟，並對各個算法進行簡單的分析；第 3 篇（第 9~12 章）為應用篇， 介紹量子通信中的量子密鑰分發與量子隨機數、安全量子計算協議及幾種未來量子電腦可能的物理實 現形式。每章後均附有參考文獻與習題。 本書由淺入深，從基礎理論到前沿，具有系統性、交叉性、前沿性等特點，適合作為高等院校電子、 通信、電腦、數學及信息類交叉學科專業高年級本科生、研究生的教材，同時也可供其他從事量子計 算研究的研究人員參考。
作者簡介
翁健，暨南大學副校長，信息科學技術學院教授，從事密碼學與信息安全領域研究，主智能講計算和密碼學導論等課程。現兼任科技部網絡與信息安全組專家、國務院學位委員會網絡空間 安全學科評議組成員、教育部高等學校網絡安全專業教學指導委員會委員、中共廣東省委網絡安全和信息化領導小組專家諮詢委員會委員等。
目錄大綱
第一章緒論
1.1 引言
1.2量子信息處理
1.3量子算法簡介
1.4 量子計算機
參考文獻
第2章量子力學引論
2.1 線性代數
2.1.1 正交
2.1.2 內積
2.1.3 線性算子與Pauli矩陣
2.1.4 伴隨與厄米算子
2.1.5 外積
2.1.6 張量積
2.1.7 對易式和反對易式
2.2量子力學理論框架
2.2.1 量子力學基本假象
2.2.2量子力學基本原理
2.3量子比特
2.3.1 量子比特的數學表示
2.3.2 量子比特的Bloch球面表示
2.3.3 密度矩陣
2.4量子測量
2.4.1 一般測量
2.4.2投影測量
2.4.3 POVM
2.4.4 相位差
2.5 量子糾纏
2.5.1糾纏態與可分離態
2.5.2 糾纏交換
2.5.3 鐘不等式
習題
參考文獻
第3章計算複雜性
3.1 計算模型
3.1.1 圖靈機
3.1.2 線路模型
3.2 計算複雜性類
3.2.1 P類和NP類
3.2.2 其他復雜性類
3.3 計算科學的發展與展望
習題
參考文獻
第4章量子計算模型
4.1 量子線路模型
4.1.1 單量子比特門
4.1.2旋轉算子的Clifford性質
4.1.3 具體的旋轉算子分類形式
4.1.4 多量子比特門
4.1.5 通用量子門
4.2 量子其他計算模型
4.2.1 近鄰傳態
4.2.2 單向子計算模型
習題
參考文獻
第5章基本量子算法
5.1 Deutsch-Jozsa算法
5.1.1 並行並行性
5.1.2 德國算法簡介
5.1.3 Deutsch-Jozsa算法簡介
5.2 西蒙算法
5.3 Bernstein-Vazirani算法
5.4 QAOA算法
習題
參考文獻
第6章量子搜索算法
6.1 Grover量子搜索算法
6.1.1 Grover算法的基本思想
6.1.2 算法的性能分析
6.1.3 算法的程序實現
6.2量子搜索算法的最優性
6.3 Grover量子搜索算法的改進
6.3.1基於π/2相位旋轉的改進算法
6.3.2像素點算子的量子搜索算法
6.4 Grover量子搜索算法的應用
6.4.1 非結構化數據庫搜索
6.4.2 NP完全問題上的應用
6.4.3 其他相關應用
6.5 量子隨機行走
6.5.1 經典隨機行走
6.5.2 量子隨機行走簡介
6.5.3 量子隨機行走搜索算法
習題
參考文獻
第7章量子傅里葉變換及其應用
7.1量子傅里葉變換
7.1.1 經典傅里葉變換
7.1.2 量子傅里葉變換原理
7.1.3 量子傅里葉變換線路
7.1.4 量子傅里葉變換實例
7.2 相位估計
7.2.1 算法過程
7.2.2 算法分析
7.3 要素除法
7.3.1 短路算法
7.3.2 短路實例
7.3.3 岸算法分析
7.4 離散對數問題
7.5 隱含子群問題
7.5.1 循環群的HSP
7.5.2 亞伯群的HSP
習題
參考文獻
第8章量子機器學習
8.1量子計算與人工智能
8.2 機器學習
8.2.1 機器學習的發展與分類
8.2.2 機器學習的實現
8.2.3 機器學習中的算法
8.3 量子機器學習概述
8.3.1 HHL算法
8.3.2 量子量子值分解
8.3.3量子主成分分析算法
8.3.4 量子支持矢量機算法
8.3.5 量子神經網絡
習題
參考文獻
第9章量子噪聲和容錯
9.1 量子噪聲
9.1.1 三量子比特的比特塵埃碼
9.1.2 三量子比特的星光碼
9.1.3 短碼
9.2量子錯碼理論
9.2.1 量子復雜編碼的基本方法
9.2.2 CSS 錯碼
9.2.3 穩定子量子錯碼
9.2.4 環面碼
9.3 容錯量子計算
9.3.1 容錯操作
9.3.2 7位CSS碼的指錯子測量
9.3.3 容錯量子門操作
9.3.4 CSS類穩定子碼的容錯計算
9.4量子計算錯錯理
習題
參考文獻
第10章量子密碼學
10.1 量子密碼
10.1.1 BB84類協議
10.1.2實際QKD系統安全性分析
10.1.3 產業化現狀
10.2 量子隨機數統計
10.2.1 隨機隨機數分類
10.2.2 隨機數的後處理
10.2.3 產業化現狀
參考文獻
第11章安全量子計算
11.1 安全輔助量子計算協議
11.2 協議解釋
11.3 安全量子計算發展趨勢
習題
參考文獻
第12章量子計算機的物理實現
12.1 離子潛在計算機
1.1.1 離子感應2
12.1.2 離子作為量子信息的載體
12.1.3 激光冷卻與狀態初始化
12.1.4 單量子比特門
12.1.5 離子量子比特的狀態檢測
12.1.6 雙量子比特門
12.1.7 退相干
12.2 超導量子計算機
12.3 核長大量子計算機
習題
參考文獻
