新书推荐｜量子程序设计基础-世界球精选

《量子程序设计基础》

(资料图)

作者：王震宇

价格：54.50元

中国科学院郑建华院士作序，量子程序设计领域的最新教学力作！

扫码优惠购书

作者寄语

量子计算作为一门新兴的计算科学，将会成为影响人类社会的一场重要的技术革命。量子物理、量子计算引领的量子科学与技术正在和计算机科学、网络安全、数学、通信、电子、化学、测量、传感和医学等学科交叉。目前，教育部已设立“量子科学与技术”一级学科和“量子信息科学”本科专业，各高校正在加大量子技术“新工科”相关人才的培养力度。“量子程序设计”将成为这些学科的重要课程。本书针对初学者的特点和认知规律精选内容和编程实例，力求以简明易懂的文字和线性代数阐述各知识点，通过量子程序的编程训练与动手实践帮助学生更准确地理解量子计算的基本概念和基础理论，掌握量子程序的工作原理、编程原理和基本流程，建立量子技术新思维，从而降低学习量子计算和量子程序设计的入门门槛。

内容简介

本书系统介绍量子线路和量子程序设计的基础知识及原理方法，精选的内容与编程实例旨在帮助学生培养量子程序设计、调试和分析等方面的基本能力，从而为将来的学习、研究和应用奠定基础。

全书既注重原理，又注重实践，让学生通过编程训练和实践更准确地理解量子计算的基本概念和基础理论。本书精选内容，配有大量图表、例题和习题，概念讲解清楚，逻辑性强，是初学量子计算和量子程序设计的理想教材，可作为高等院校相关专业本科生和研究生的教材，也可供广大从事量子信息科学研究的科技人员和学习量子程序设计的自学者参考。

编辑推荐

本书作者长期从事相关领域的科研及一线教学工作，2020年，我们有幸相识，并萌发出合作出版一本真正适用于国内高校学生学习和教师教学的量子程序设计教材。从确定选题到最终出版，共计耗时1年10个月的时间。其间，为做好教材出版工作，作者组织专业领域的教学人员精心撰写书稿，不断打磨内容，并呈交三轮专业外审，为本书的书稿质量和内容严格把关，不断消灭差错，在付印前夕仍在就版式设计等问题进行讨论，旨在出版一本能够让教师和学生认可、受益的专业教材；同时，作者为本书申报了河南省“十四五”普通高等教育规划教材（重点立项）项目，这也使得本书的出版压力巨大。另一方面，我社在本书的出版流程中组织专业编辑团队进行层层审校，力争为作者提供尽可能多的帮助，其中仅作者清样就出具了5个版本（通常仅有1个版本），只为不断打磨书稿，尽量消灭文字差错，力求本书能够成为相关领域人士口耳相传的佳作。

+

本书特色

本书具有理念新、选题新、实验手段新以及适用面宽的特点，系统讲解了量子力学的起源与基本原理、量子比特与量子门的工作原理、量子线路的设计、量子算法的实现与应用等知识，由浅入深，符合学生的认知规律。知识体系设计从理论基础落地到实践编程，体现了多学科融合的新理念。各知识点均以数学原理的讲解为基础，并配套实例分析和编程案例，与纯理论的教学模式相比，更有助于激发学生的兴趣，可以更好地促成“新工科”倡导的“以创新实践能力培养为导向”的教学目标。

目录

向上滑动阅览

第1章概论1

1.1 量子和量子力学1

1.1.1 量子的概念1

1.1.2 量子力学的产生3

1.2 量子比特4

1.2.1 经典比特到量子比特4

1.2.2 量子比特的重要概念7

1.2.3 量子比特物理实现方式11

1.2.4 经典比特与量子比特的区别14

1.3 量子计算14

1.3.1 经典计算到量子计算14

1.3.2 经典计算和量子计算的区别15

1.3.3 量子计算简史17

1.4 量子程序与量子编程19

1.5 典型量子程序开发平台20

小结21

习题21

第2 章量子比特与布洛赫球表示23

2.1 量子比特的数学描述23

2.2 量子比特几何图像24

2.3 量子比特的布洛赫球表示26

2.3.1 复平面单位圆26

2.3.2 量子态的原始极坐标表示26

2.3.3 全局相位不变性27

2.3.4 归一化约束27

2.3.5 半角处理28

2.4 布洛赫球的性质28

2.5 量子测量31

2.5.1 投影测量31

2.5.2 正交基与量子态测量32

2.5.3 计算基下测量的完备性34

2.6 纯态、混态及其密度矩阵37

2.7 量子门与量子态变迁39

2.7.1 酉变换与酉算符39

2.7.2 单量子比特的状态演化可视化40

小结42

习题43

第3 章单量子比特门44

3.1 单量子比特门OpenQASM 语句44

3.2Pauli 门45

3.2.1Pauli X 门45

3.2.2Pauli Y 门46

3.2.3Pauli Z 门47

3.3Hadamard 门47

3.4 相位门49

3.4.1S 门49

3.4.2T 门50

3.4.3S 门51

3.4.4T 门51

3.4.5P 门52

3.5 旋转门52

3.5.1RX 门53

3.5.2RY 门54

3.5.3RZ 门55

3.6 任意轴旋转门Rn^( θ)57

小结57

习题58

第4 章多量子比特门59

4.1 多量子比特门OpenQASM 语句59

4.2 张量积60

4.2.1 张量积的定义和性质60

4.2.2 线性算子的张量积61

4.3 多量子比特状态空间表示63

4.4 受控非门64

4.5 互换门68

4.6Toffoli 门69

4.7Fredkin 门70

4.8 量子态演化71

小结76

习题76

第5 章基于量子汇编指令的量子线路设计78

5.1 量子汇编指令语言OpenQASM78

5.1.1OpenQASM 语言基本语句78

5.1.2OpenQASM 量子线路编程实例80

5.1.3 图形化量子线路开发工具Quantum Composer81

5.2OpenQASM 量子线路设计与调试82

5.2.1Bell 态观测实验82

5.2.2OpenQASM 自定义门的构建83

5.2.3 量子线路图的输入与编辑84

5.2.4 量子线路的单步调试85

5.2.5 结果实时可视化与分析86

5.2.6 模拟器运行89

5.2.7 远程实体机运行90

5.3 量子逻辑门92

5.3.1 经典可逆AND 门和量子AND 门92

5.3.2 经典可逆OR 门和量子OR 门94

5.3.3 量子AND 和量子OR 的位扩展96

5.4 量子加法器99

5.4.1 经典单比特加法器99

5.4.2 量子全加器模型100

5.4.34 位量子全加器的实现102

5.5 量子相位反冲108

小结111

习题111

第6 章基于Python 的量子程序设计113

6.1IBM 量子程序开发套件113

6.1.1Qiskit 总体架构113

6.1.2Qiskit 的安装114

6.2Qiskit 量子程序代码框架115

6.2.1 量子线路的创建与绘制118

6.2.2 编译量子线路119

6.2.3 量子线路在后端运行119

6.2.4 结果可视化与分析119

6.3 模拟器运行120

6.3.1Qasm Simulator120

6.3.2Statevector Simulator121

6.3.3Unitary Simulator123

6.4 实体机运行125

6.5 量子态可视化127

6.5.1 单量子比特布洛赫球表示可视化127

6.5.2 多量子比特布洛赫球表示可视化128

6.6 量子比特初态制备130

6.6.1 单量子比特初态制备130

6.6.2 多量子比特初态制备131

6.7 量子比特态测量实验133

6.7.1 量子比特态测量原理133

6.7.2 量子比特态测量实验与实现136

小结139

习题139

第7 章量子算法原理与实现141

7.1Deutsch Jozsa 算法141

7.1.1 算法描述141

7.1.2 量子线路142

7.1.3 编程实现145

7.1.4 结果分析149

7.2Grover 算法150

7.2.1 算法描述150

7.2.2 量子线路152

7.2.3 编程实现155

7.2.4 结果分析158

7.3 量子傅里叶变换159

7.3.1 原理描述159

7.3.2 量子线路162

7.3.3 编程实现166

7.3.4 结果分析170

7.4 量子相位估计171

7.4.1 原理描述171

7.4.2 量子线路172

7.4.3 编程实现175

7.4.4 结果分析178

7.5Shor 算法179

7.5.1 算法描述179

7.5.2 量子线路182

7.5.3 编程实现184

7.5.4 结果分析189

7.6HHL 算法190

7.6.1 算法描述190

7.6.2 量子线路191

7.6.3 编程实现194

7.6.4 结果分析195

小结196

习题196

参考文献198

配套资源

教学课件、教学大纲、习题答案、源代码

责任编辑：