量子计算机编程 从入门到实践
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作者(美)埃里克·R.约翰斯顿,(美)尼古拉斯·哈里根,(西)梅塞德丝·希梅诺-塞戈维亚
出版社人民邮电出版社
ISBN9787115566355
出版时间2021-07
装帧平装
开本16开
定价129.8元
货号1202421393
上书时间2024-11-25
商品详情
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作者简介
【作者简介】
埃里克·R. 约翰斯顿（Eric R. Johnston）毕业于美国加州大学伯克利分校，他创造了量子计算模拟器QCEngine，目前在硅谷担任高级量子工程师。
尼古拉斯·哈里根（Nicholas Harrigan）是英国伦敦帝国理工学院博士，他在量子力学方面的研究工作勉强使他相信，当他不看月亮时，月亮仍在那里。
梅塞德丝·希梅诺–塞戈维亚（Mercedes Gimeno-Segovia）从英国伦敦帝国理工学院取得博士学位后，加入了PsiQuantum公司，致力于设计通用量子计算机。
【译者简介】
从事医疗与前沿ICT技术结合的相关研发工作，密切关注人工智能、量子计算等领域，另译有《详解深度学习》《图解机器学习算法》等技术书。
目录
译者序xi
前言xiii
第1章入门1
1．1所需背景1
1．2何谓QPU2
1．3动手实践3
1．4原生QPU指令6
1．4．1模拟器的上限7
1．4．2硬件的上限7
1．5QPU与GPU的共同点8
第2章单个量子比特11
2．1物理量子比特概览12
2．2圆形表示法15
2．2．1圆的大小15
2．2．2圆的旋转16
2．3第一批QPU指令17
2．3．1QPU指令：NOT17
2．3．2QPU指令：HAD18
2．3．3QPU指令：READ和WRITE19
2．3．4实践：接近随机的比特20
2．3．5QPU指令：PHASE(θ)23
2．3．6QPU指令：ROTX(θ)和ROTY(θ)23
2．4复制：缺失的指令24
2．5组合QPU指令24
2．6实践：量子监听检测27
2．7小结30
第3章多个量子比特31
3．1多量子比特寄存器的圆形表示法31
3．2绘制多量子比特寄存器34
3．3多量子比特寄存器中的单量子比特运算34
3．4可视化更多数量的量子比特37
3．5QPU指令：CNOT38
3．6实践：利用贝尔对实现共享随机性41
3．7QPU指令：CPHASE(θ)和CZ42
3．8QPU指令：CCNOT45
3．9QPU指令：SWAP和CSWAP46
3．10构造任意的条件运算50
3．11实践：远程控制随机53
3．12小结55
第4章量子隐形传态56
4．1动手尝试56
4．2程序步骤61
4．2．1步骤1：创建纠缠对61
4．2．2步骤2：准备有效载荷62
4．2．3步骤3．1：将有效载荷链接到纠缠对62
4．2．4步骤3．2：将有效载荷置于叠加态63
4．2．5步骤3．3：读取Alice的两个量子比特64
4．2．6步骤4：接收和转换64
4．2．7步骤5：验证结果65
4．3解释结果66
4．4如何利用隐形传态67
4．5有名的隐形传态事故带来的乐趣67
第5章量子算术与逻辑71
5．1奇怪的不同71
5．2QPU中的算术运算73
5．3两个量子整数相加76
5．4负整数77
5．5实践：更复杂的数学运算78
5．6更多量子运算79
5．6．1量子条件执行79
5．6．2相位编码结果80
5．7可逆性和临时量子比特82
5．8反计算84
5．9QPU中的逻辑运算86
5．10小结88
第6章振幅放大89
6．1实践：在相位和强度之间相互转换89
6．2振幅放大迭代92
6．3更多迭代？93
6．4多个标记值95
6．5使用振幅放大100
6．5．1作为和估计的AA与QFT100
6．5．2用AA加速传统算法100
6．6QPU内部101
6．7小结103
第7章量子傅里叶变换104
7．1隐藏模式104
7．2QFT、DFT和FFT106
7．3QPU寄存器中的频率106
7．4DFT110
7．4．1实数DFT输入与复数DFT输入111
7．4．2DFT一切113
7．5使用QFT117
7．6QPU内部122
7．6．1直观理解124
7．6．2逐步运算124
7．7小结128
第8章量子相位估计129
8．1了解QPU运算129
8．2本征相位揭示有用信息130
8．3相位估计的作用131
8．4如何使用相位估计132
8．4．1输入132
8．4．2输出134
8．5使用细节135
8．5．1选择输出寄存器的大小135
8．5．2复杂度136
8．5．3条件运算136
8．6实践中的相位估计136
8．7QPU内部137
8．7．1直观理解138
8．7．2逐步运算139
8．8小结141
第9章真实的数据145
9．1非整型数据146
9．2QRAM147
9．3向量的编码150
9．3．1振幅编码的局限性153
9．3．2振幅编码和圆形表示法154
9．4矩阵的编码155
9．4．1QPU运算如何表示矩阵155
9．4．2量子模拟156
第10章量子搜索160
10．1相位逻辑161
10．1．1构建基本的相位逻辑运算163
10．1．2构建复杂的相位逻辑语句163
10．2解决逻辑谜题166
10．3求解布尔可满足性问题的一般方法170
10．3．1实践：一个可满足的3-SAT问题170
10．3．2实践：一个不可满足的3-SAT问题173
10．4加速传统算法175
第11章量子超采样177
11．1QPU能为计算机图形学做什么177
11．2传统超采样178
11．3实践：计算相位编码图像179
11．3．1QPU像素着色器180
11．3．2使用PHASE画图181
11．3．3绘制曲线184
11．4采样相位编码图像185
11．5更有趣的图像187
11．6超采样188
11．7量子超采样与蒙特卡罗采样190
11．8增加颜色195
11．9小结196
第12章舒尔分解算法197
12．1实践：在QPU上应用舒尔分解算法198
12．2算法说明199
12．2．1我们需要QPU吗200
12．2．2量子方法201
12．3逐步操作：分解数字15203
12．3．1步骤1：初始化QPU寄存器204
12．3．2步骤2：扩展为量子叠加态205
12．3．3步骤3：条件乘2207
12．3．4步骤4：条件乘4209
12．3．5步骤5：QFT211
12．3．6步骤6：读取量子结果213
12．3．7步骤7：数字逻辑214
12．3．8步骤8：检查结果216
12．4使用细节216
12．4．1求模216
12．4．2时间与空间217
12．4．3除了2以外的互质217
第13章量子机器学习218
13．1求解线性方程组219
13．1．1线性方程组的描述与求解219
13．1．2用QPU解线性方程组220
13．2量子主成分分析228
13．2．1传统主成分分析228
13．2．2用QPU进行主成分分析230
13．3量子支持向量机233
13．3．1传统支持向量机233
13．3．2用QPU实现支持向量机236
13．4其他机器学习应用238
第14章保持领先：文献指引243
14．1从圆形表示法到复向量243
14．2与术语有关的一些细节和注意事项245
14．3测量基246
14．4门的分解与编译247
14．5隐形传态门248
14．6QPU名人堂248
14．7竞赛：量子计算机与传统计算机249
14．8基于oracle的算法研究249
14．8．1Deutsch-Jozsa算法250
14．8．2Bernstein-Vazirani算法250
14．8．3Simon算法250
14．9量子编程语言251
14．10量子模拟的前景252
14．11纠错与NISQ设备252
14．12进一步学习252
14．12．1出版物253
14．12．2课程讲义253
14．12．3在线资源253
关于作者254
关于封面254
内容摘要
量子计算被誉为下一代编程范式。随着一些量子计算平台和模拟器向公众开放，普通程序员也可以尝试编写量子计算程序，感受前沿科技的无穷魅力。《量子计算机编程：从入门到实践》不会解释晦涩的量子力学理论，而会采用直观的圆形表示法描绘量子比特，并从实践角度展示如何编写有趣的量子计算程序。通过《量子计算机编程：从入门到实践》提供的在线实验室网站，你可以动手运行书中的JavaScript示例代码。全书分为四大部分，分别介绍量子计算机编程的核心概念、原语、应用和发展趋势。你将了解量子隐形传态、量子算术运算、量子傅里叶变换和量子相位估计等知识，以及量子搜索、量子超采样、量子机器学习等高级主题。本书适合对量子计算感兴趣的程序员阅读。快来跟随本书开始使用量子计算机吧！
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