[正版]图解量子计算机 量子计算研发量子计算机原理科普书籍

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近年来，作为突破计算机*限的希望所在，量子计算机受到了人们的广泛关注。本书运用丰富的图例，从量子计算机的基本工作原理入手，系统地为初学人士呈现了量子计算机的*貌。内容涉及量子比*、量子门、量子电路和量子算法等。*书以图配文，深入浅出，难度介于科普书和技术书之间，易读性与*业性兼具，*须*通量子力学和数学也能读懂，是*本量子计算机的入门佳作，旨在引导读者迈入量子计算机*的大门，为日后阅读各种*业图书铺平道路。 本书适合对量子计算机感兴趣，想要从整体上了解量子计算机，或今后想从事量子计算机研发工作，但又*知从何处入手的读者阅读。

第 *章　量子计算机入门 *
*.*　量子计算机是什么 2
*.*.*　何为计算 2
*.*.2　计算机的*限 3
*.*.3　量子计算机是什么 4
*.*.4　量子计算机与*计算机 5
*.*.5　量子计算机的类型 6
*.*.6　量子计算模型的类型 8
*.2　量子计算机的基础 *0
*.2.*　量子计算机的操作流程 *0
*.2.2　量子计算机的研发路线图 **
*.2.3　从冯·诺依曼计算机到非冯·诺依曼计算机 *3
*.2.4　非*计算机 *4
*.2.5　非通用量子计算机 *5
*.2.6　NISQ *6
*.2.7　通用量子计算机 *7
*.3　量子计算机的未来 *9
*.3.*　量子计算机的现状 *9
*.3.2　量子计算机的使用方法 20
*.3.3　展望未来的计算环境 2*


第 2章　对量子计算机的展望 25
2.*　*计算机面临的棘手问题 26
2.*.*　可在多项式时间内求解的问题 26
2.*.2　在多项式时间内*法求解的问题 27
2.2　量子计算机可以大显身手的问题 29
2.2.*　哪些问题可以让量子计算机大显身手 29
2.2.2　对效果的展望 29
2.3　量子计算机备受瞩目的背景 33

第3章　量子比* 37
3.*　*比*和量子比* 38
3.*.*　*比*是*计算机中的最小信息单位 38
3.*.2　量子比*是量子计算机中的最小信息单位 40
3.*.3　叠加态的表示方法 40
3.*.4　测量量子比* 42
3.*.5　箭头的投影与测量概率 43
3.2　量子力学和量子比* 46
3.2.*　*物理学和量子力学 46
3.2.2　*计算和量子计算 47
3.2.3　量子力学的开端：电子和光 47
3.2.4　波动性和粒子性 49
3.2.5　量子比*的波动性和粒子性 5*
3.2.6　量子比*的测量概率 52
3.3　如何表示量子比* 54
3.3.*　表示量子态的符号（狄拉克符号） 54
3.3.2　表示量子态的图形（布洛赫球） 55
3.3.3　使用波表示量子比* 56
3.3.4　多个量子比*的表示方法 58
3.3.5　小结 60

第4章　量子门入门 63
4.*　量子门 64
4.*.*　*计算机：逻辑门 64
4.*.2　量子计算机：量子门 65
4.*.3　单量子比*门 65
4.*.4　多量子比*门 66
4.2　量子门的功能 68
4.2.*　X门（泡利-X门） 68
4.2.2　Z门（相位翻转门） 69
4.2.3　H门（哈达玛门） 70
4.2.4　作用于两个量子比*的CNOT门 7*
4.2.5　由H门和CNOT门产生的量子纠缠态 72
4.2.6　测量（基于计算基态的测量） 73
4.2.7　量子纠缠态的性质 75
4.3　量子门的组合 79
4.3.*　SWAP电路 79
4.3.2　加法电路 80
4.3.3　通过加法电路实现并行计算 8*
4.3.4　可逆计算 82

第5章　量子电路入门 85
5.*　量子隐形传态 86
5.*.*　情景设定 86
5.*.2　两个量子比*的量子纠缠态 86
5.*.3　量子隐形传态 88
5.*.4　使用量子电路表示量子隐形传态 89
5.*.5　量子隐形传态的*点 90
5.2　*速计算的机制 92
5.2.*　波的干涉 92
5.2.2　同时*留所有状态：叠加态 93
5.2.3　概率振幅的放大和结果的测量 94
5.2.4　 通过量子计算机提*计算速度：探测隐藏的周期性 96
5.2.5　量子纠缠态 98
5.2.6　小结 99

第6章　量子算法入门 *03
6.*　量子算法的现状 *04
6.2　Grover算法 *05
6.2.*　概述 *05
6.2.2　量子电路 *06
6.3　Shor算法 **0
6.3.*　概述 **0
6.3.2　计算方法 **2
6.4　量子*混合算法 **4
6.4.*　量子化学计算 **4
6.4.2　VQE **5
6.5　以量子计算机为中心的整个系统 **7

第7章　量子退火 *23
7.*　伊辛模型 *24
7.*.*　自旋和量子比* *24
7.*.2　伊辛模型中的相互作用 *25
7.*.3　*稳定状态和阻挫 *26
7.*.4　伊辛模型的能量 *27
7.*.5　寻找伊辛模型基态过程中的问题 *28
7.2　组合*化问题与量子退火 *29
7.2.*　什么是组合*化问题 *29
7.2.2　用于求解组合*化问题的伊辛模型 *30
7.2.3　组合*化问题的框架 *30
7.2.4　组合*化问题的解法 *3*
7.3　模拟退火 *33
7.3.*　寻找伊辛模型的基态 *33
7.3.2　能量景貌 *34
7.3.3　梯度下降法和局*最*解 *35
7.3.4　模拟退火算法 *36
7.4　什么是量子退火 *38
7.4.*　量子退火的定位 *38
7.4.2　量子退火的计算方法（步骤*：初始化） *39
7.4.3　量子退火的计算方法（步骤2：退火操作） *40
7.4.4　穿越能量壁垒 *4*
7.4.5　量子退火的速度是模拟退火速度的*亿倍吗 *42
7.4.6　量子退火计算机的实际情况 *43

第8章　如何制备量子比* *47
8.*　量子计算机的性能指标 *48
8.2　量子比*的实现方法 *49
8.3　*导电路 *52
8.3.*　使用*导电路实现量子比* *52
8.3.2　约瑟夫森结 *52
8.3.3　传输子和磁通量子比* *53
8.3.4　通过NISQ证实量子霸权 *55
8.4　囚禁离子和*冷原子 *56
8.4.*　使用囚禁离子实现量子比* *56
8.4.2　使用*冷中性原子实现量子比* *57
8.5　半导体量子点 *60
8.6　金刚石氮空位中心 *6*
8.7　使用光实现量子比* *63
8.7.*　使用光子进行量子计算 *63
8.7.2　使用连续变量的量子计算 *64
8.8　拓扑*导体 *65

后记 *70
参考文献 *7*



宇津木健（著） *987年出生于日本埼玉县。20*3年硕士毕业于东京工业大学，研究方向为物理信息系统。同年，入职日立制作所，从事光学研发工作。自大学时期起，*对量子计算机抱有浓厚兴趣，并于20*8年进入早稻田大学攻读博士学位，从事量子计算机相关研究。目前，每个月*会在东京组织量子信息学习小组的活动。 德*裕己（审） 200*年硕士毕业于东京大学理学系研究科。2007年博士毕业于大阪大学基础工学研究科。20*9年*今在日本NTT公司*平台实验室任*别研究员，从事量子信息技术的研究工作。研究内容既*含基于量子光学的硬件制造，又*含纠错码设计等计算机科学相关技术。 胡屹（译） Web后端工程师、技术图书译者。译有《计算机是怎样跑起来的》《自制搜索引擎》和《图解云计算架构：基础设施和API》。

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