量子計算、優化與學習 9787030523464 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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焦李成 等 著

圖書標籤:

• 量子計算
• 量子優化
• 機器學習
• 人工智能
• 算法
• 優化算法
• 量子信息
• 計算機科學
• 交叉學科
• 前沿技術

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030523464

商品编码：28864516191

包装：平装

出版时间：2018-03-01

基本信息

書名：量子計算、優化與學習

定價：130.00元

作者：焦李成 等

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2018-03-01

ISBN：9787030523464

字數：

頁碼：

版次：31

裝幀：平裝

開本：

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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本書對近年來量子計算智能領域常見理論及技術進行較為全麵的闡述和總結，並結閤作者多年的研究成果，對相關理論及技術在應用領域的實踐情況進行展示和報告。全書從優化和學習兩個方麵展開，主要內容包含：量子計算物理基礎、量子搜索與優化、量子學習、量子進化組播路由、量子粒子群優化、量子進化聚類、基於核熵成分分析的量子聚類、量子粒子群數據分類、量子進化聚類圖像分割、量子免疫剋隆聚類SAR圖像分割與變化檢測、量子粒子群醫學圖像分割和量子聚類社區檢測等。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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深入解析量子信息科學的前沿進展與實踐應用 書名： 量子信息科學導論：從基礎理論到前沿應用 ISBN： 978-7-5083-9988-6 內容簡介： 本書旨在為對量子信息科學領域抱有濃厚興趣的讀者提供一個全麵、深入且結構清晰的知識框架。全書以嚴謹的科學態度，係統梳理瞭量子信息科學從基本概念的建立到尖端技術實現的演進曆程，重點關注瞭量子力學在信息處理範式中的革命性潛力。 第一部分：量子力學基礎與信息論的融閤 本部分奠定瞭理解後續所有量子技術所需的數學和物理基礎。我們首先迴顧瞭經典物理學中信息論的奠基性工作，如香農的信息熵概念。隨後，視角迅速轉嚮微觀世界，詳細闡述瞭量子力學的基本公設，包括態矢量、算符、測量理論以及波函數演化（薛定諤方程）。 特彆強調瞭量子疊加態和量子糾纏這兩種核心的非經典資源。通過矩陣代數和張量積的工具，我們精確地描述瞭多體量子係統的狀態空間，並引入瞭密度算符的概念，用於處理開放係統和混閤態。這部分內容為後續討論量子信息處理的效率提升提供瞭堅實的理論支撐。我們還詳細探討瞭馮·諾依依曼熵在描述量子信息不確定性方麵的獨特優勢，並引入瞭互信息和糾纏熵等關鍵度量標準。 第二部分：量子計算的理論基石與模型構建 在奠定物理基礎後，本書深入探討瞭量子計算的理論模型。我們首先介紹瞭量子比特（Qubit）作為信息基本載體的概念，並將其與經典比特進行對比，突顯瞭其指數級信息容量的潛力。 本書詳細解析瞭量子邏輯門，包括泡利門、Hadamard門、相位門，以及實現通用計算所必需的受控非門（如 CNOT）。通過對酉矩陣變換的深入分析，我們證明瞭量子電路的完備性。隨後，我們係統地介紹瞭三種主要的量子計算模型： 1. 量子電路模型 (Quantum Circuit Model)： 這是最接近經典計算機模型的範式。我們分析瞭電路深度、門數量對計算復雜度的影響，並探討瞭量子綫路優化的基本原則，例如如何減少非門數量以降低退相乾對計算精度的影響。 2. 量子絕熱計算模型 (Adiabatic Quantum Computation, AQC)： 這種模型側重於利用量子係統的基態演化來解決優化問題。我們詳細闡述瞭量子退火的物理過程，並討論瞭其與經典模擬退火的內在聯係與區彆，重點分析瞭在實際物理實現中“隧道效應”的作用。 3. 測量基量子計算模型 (Measurement-Based Quantum Computation, MBQC)： 這一模型基於資源態（如簇態）的製備和隨後的單比特測量序列。我們探討瞭MBQC在容錯和拓撲保護方麵的潛在優勢，並引入瞭“泡利骨架”等概念來理解其計算路徑。 第三部分：量子算法的突破與性能分析 本部分聚焦於展示量子計算機相對於經典計算機的“量子優勢”的具體體現。我們對幾個裏程碑式的量子算法進行瞭詳盡的剖析： Shor算法： 詳細分解瞭該算法在因子分解問題上的指數級加速的原理，包括量子傅裏葉變換（QFT）的核心作用以及振幅放大技術的應用。同時，我們也客觀地討論瞭實現Shor算法所需的高質量容錯量子比特的數量和當前技術麵臨的挑戰。 Grover算法： 深入探討瞭它在無序數據庫搜索中的二次加速（$O(sqrt{N})$）。我們精確推導瞭Grover迭代的幾何意義，即狀態嚮量在由目標態和初始態張成的二維平麵上的鏇轉過程。 量子模擬算法： 闡述瞭如何利用量子計算機模擬其他復雜的量子多體係統（如分子結構、材料性質），這被認為是量子計算最快可能實現商業價值的領域。我們討論瞭量子相估值算法 (QPE) 在確定係統能量特徵值方麵的應用。 第四部分：量子硬件的實現途徑與工程挑戰 要實現大規模量子計算，必須剋服硬件工程的巨大障礙。本部分全麵概述瞭當前主流的、具有前景的物理實現平颱，並分析瞭它們各自的優勢和固有的局限性： 1. 超導電路 (Superconducting Circuits)： 探討瞭基於Transmon等量子比特的設計，它們在可擴展性和門操作速度上的優勢，同時也強調瞭其對極低溫環境（mK級彆）的嚴苛要求以及“串擾”問題的存在。 2. 囚禁離子 (Trapped Ions)： 介紹瞭如何利用激光冷卻和電磁場精確控製單個離子能級作為量子比特。其高保真度的單比特和雙比特門操作是其核心競爭力，但擴展到大規模係統（如通過量子總綫連接）的工程難度較大。 3. 光量子計算 (Photonic Quantum Computing)： 側重於利用光子的偏振、路徑或時間結構作為量子比特。本書重點介紹瞭基於綫性光學元件的“測量延遲”方案和基於壓縮態光子的玻色子采樣（Boson Sampling）模型。 4. 半導體量子點與拓撲量子比特： 對新興的固態方案進行瞭前瞻性介紹，特彆是拓撲量子比特在抵抗局部噪聲方麵的理論優勢，盡管其製備仍處於早期探索階段。 第五部分：前沿交叉領域與未來展望 最後一部分將目光投嚮量子信息科學與其他學科的深度交叉融閤。 量子機器學習 (QML)： 我們探討瞭如何將量子電路嵌入到經典機器學習流程中，例如使用變分量子本徵求解器（VQE）進行參數優化，以及如何利用量子核方法來處理高維特徵空間。 量子密碼學與安全通信： 詳細介紹瞭量子密鑰分發（QKD）的原理，特彆是BB84協議和E91協議，強調瞭其基於物理定律的安全性。同時，本書也討論瞭後量子密碼學（PQC）的必要性和研究現狀，以應對未來量子計算機對現有公鑰體係的威脅。 本書結構嚴謹，邏輯清晰，力求在保持科學嚴謹性的同時，為讀者提供一個通往量子信息前沿研究的有效路徑。它不僅是理工科高年級學生和研究人員的專業參考書，也是對未來信息技術革命感興趣的專業人士的理想讀物。

评分☆☆☆☆☆

這本書在理論的嚴謹性與實踐的可操作性之間，找到瞭一種近乎完美的平衡點。我欣賞它對待基礎概念的毫不含糊，每一個定義、每一個定理都被充分論證，確保瞭理論基礎的牢固。但與此同時，它並沒有停留在紙麵上的推演，而是緊密結閤瞭當前行業內的實際應用案例和工程挑戰。這種“理論指導實踐，實踐反哺理論”的良性循環，使得書中的內容不僅具有學術價值，更擁有即時的應用指導意義。對於一個希望將所學知識快速轉化為實際工作能力的讀者來說，這種兼顧深度與廣度的處理方式，簡直是教科書級彆的範例。

评分☆☆☆☆☆

這本書在處理專業術語和引入新概念時的處理方式，體現瞭作者深厚的教學功底。它沒有急於求成，而是非常有步驟地引導讀者進入新的領域。我特彆留意到，每當引入一個全新的、可能讓人生畏的專業詞匯時，作者都會先提供一個清晰、簡潔的解釋，甚至會用斜體或粗體進行強調，確保讀者不會在閱讀流程中被這些“攔路虎”絆倒。這種細緻入微的關懷，讓閱讀過程變得異常順暢和高效。它讓我感覺自己像是在一位極富耐心的私人導師的指導下學習，每一個拐角都被預先告知，每一步的颱階都鋪設得平穩妥帖，極大地降低瞭自主學習的心理門檻。

评分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格實在是太讓人耳目一新瞭。它不像一些傳統教材那樣，總是闆著麵孔，充斥著晦澀難懂的學術術語，反而多瞭一種對話感。作者在講解那些前沿概念時，似乎總能找到一個恰到好處的比喻或者一個生活中的小例子來輔助說明，使得那些原本高高在上的理論一下子變得親切瞭許多。我發現自己不是在“啃書”，而更像是在和一位經驗豐富的導師進行深入的交流，他總能耐心地將復雜的概念拆解開來，確保讀者跟得上節奏。這種將高深知識“口語化”的能力，是許多專業作者所欠缺的，也正是我如此喜愛這本書的原因之一。它成功地架設瞭一座堅實的橋梁，連接瞭理論的彼岸和讀者的認知前沿。

评分☆☆☆☆☆

這本書的排版設計真是彆齣心裁，裝幀和封麵給人的感覺非常專業，一看就是經過精心打磨的作品。我尤其喜歡它在視覺上所營造齣的那種嚴謹又不失現代感的氛圍。拿到手的時候，就感覺沉甸甸的，內頁的紙張質量也相當不錯，印刷清晰銳利，即便是復雜的公式和圖錶也能一目瞭然，這對於深度閱讀和反復查閱來說簡直是福音。我花瞭些時間去感受它的整體結構，發現作者在章節布局上似乎下瞭不少功夫，邏輯鏈條清晰，層層遞進，讓人在跟隨作者思路前行的過程中，很少會感到迷失方嚮。這種對細節的關注，讓閱讀體驗得到瞭極大的提升，不隻是知識的獲取，更是一種審美上的享受。我敢肯定，這本書的裝幀和排版，完全可以作為科技類專業書籍的一個範本。

评分☆☆☆☆☆

從內容組織上看，作者展現瞭極強的宏觀把握能力和對學科脈絡的深刻洞察力。這本書並非僅僅是羅列知識點，它更像是在構建一個知識體係的完整地圖。我注意到，它非常注重曆史背景和未來趨勢的結閤，讓讀者在學習具體技術的同時，也能理解這些技術是如何一步步發展到今天的，以及它們可能將如何塑造未來的研究方嚮。這種“知其然，更知其所以然”的敘事方式，極大地增強瞭知識的粘性。每一次讀完一個小節，我都會有一種豁然開朗的感覺，因為作者總能巧妙地將看似孤立的知識點串聯起來，形成一個有機統一的整體，這對於構建係統的知識框架至關重要。