本书介绍量子计算的理论基础、基本原理和工作机制，帮助读者了解量子计算的基础和概况。全书共12章，首先介绍为什么要使用量子计算，然后分基础知识和量子计算两个部分，介绍量子计算所依赖的经典计算的相关知识，以及量子计算的工作机制，并展望量子计算的发展前景。
本书适合对量子计算感兴趣，并且想要学习和了解与量子计算相关的物理学、计算机科学和工程开发等知识的读者。
量子计算是下一个颠覆性的技术。本书旨在带领读者探究量子计算的工作原理，并深入解释背后的数学基础。同时，本书清晰地介绍了构建量子计算机的工程思想、基本的电路和算法，并对量子计算可能应用的几大行业以及未来的发展方向做出了展望。
本书特色：
·从基础数学到量子计算的基本原理，步步为营，入门量子计算
·很多示例来自IBM Q量子计算系统
·专门设计了思考题，按章节编号，帮助读者消化吸收
本书入选Book Authority 2022年值得阅读的14本量子计算新书之一。（参见https://bookauthority.org/books/new-quantum-computing-books?t=g458j5&s=award&book=1838827366）
本书作者入选量子科技媒体Quantum Zeitgeist评选的“推动量子技术革命的20位具影响力的人物”。（来源：光子盒）
本书得到了剑桥量子计算首席执行官Ilyas Khan和IBM Quantum开发倡导者James L. Weaver的推荐。
要阅读本书，读者不必是一位物理学家，也无须事先了解量子力学。
罗伯特·S.苏托尔拥有30年以上的信息技术行业从业经历并一直担任技术领头人和技术高管。在他的职业生涯中，有20多年时间都在IBM研究院纽约实验室度过。在这期间，他从事或领导着符号数学计算、优化、人工智能、区块链和量子计算方面的工作。他参与完成了许多研究论文并与已故的理查德·D.詹克斯（Richard D. Jenks）合著了《Axiom：科学计算系统》一书。他也曾领导过该企业在新兴行业标准、Linux软件、移动和开源等领域的软件方面的工作。他是一位经过训练的理论数学家，拥有普林斯顿大学博士学位和哈佛学院本科学位。他的编程生涯始于15岁时并已使用过一路出现的大多数编程语言。
译者简介
吴攀，资深科技内容译者和编辑。出生于四川省广安市，拥有南京理工大学工学学士学位。已翻译和编写大量科学、技术及相关产业文章，涵盖人工智能、机器人、量子计算、区块链、网络安全、半导体、人造语言等诸多领域。曾先后在半导体媒体《电子发烧友》、科技媒体《雷锋网》和人工智能媒体《机器之心》担任编辑。已出版的译著包括《捍卫隐私》《超级转化率》《人人都该懂的能源新趋势》等。另外，他还是一位科幻小说作者和译者。
第 一部分 基础知识
第 1章 为什么要使用量子计算？ 2
1.1 神秘的量子比特 2
1.2 我没有犯困！ 5
1.3 量子计算为什么不一样 7
1.4 应用于人工智能 9
1.5 应用于金融服务 15
1.6 可以用于加密吗？ 18
1.7 小结 21
参考资料 22
第 2章 经典并不是老旧 24
2.1 计算机内部是什么样的？ 24
2.2 2的幂 30
2.3 真或假？ 32
2.4 逻辑电路 34
2.5 逻辑上的加法 37
2.6 从算法上讲 39
2.7 指数级增长和其他增长 40
2.8 那会有多难？ 41
2.8.1 排序 42
2.8.2 搜索 49
2.9 小结 52
参考资料 52
第3章 超越想象的数 53
3.1 自然数 53
3.2 非负整数 55
3.3 整数 57
3.4 有理数 61
3.4.1 分数 61
3.4.2 用数学形式进行概括 65
3.5 实数 68
3.5.1 小数 68
3.5.2 无理数和极限 72
3.5.3 二进制形式 74
3.5.4 连分数 77
3.6 结构 82
3.6.1 群 82
3.6.2 环 85
3.6.3 域 87
3.6.4 进一步抽象 87
3.7 模算术 88
3.8 组合到一起 90
3.9 复数 90
3.9.1 算术 91
3.9.2 共轭 92
3.9.2 单位 93
3.9.4 多项式和根 94
3.10 小结 97
参考资料 98
第4章 平面、圆和球面，都是啥？ 100
4.1 函数 100
4.2 实平面 103
4.2.1 升至二维 104
4.2.2 距离和长度 105
4.2.3 实平面中的几何图形 107
4.2.4 指数和对数 111
4.3 三角函数 114
4.3.1 基本函数 114
4.3.2 反函数 117
4.3.3 其他恒等式 120
4.4 从直角坐标到极坐标 120
4.5 复“平面” 121
4.6 实三维 124
4.7 小结 125
参考资料 126
第5章 维度 127
5.1 和 127
5.2 向量空间 132
5.3 线性映射 135
5.3.1 线性变换的代数结构 136
5.3.2 上的线性变换示例 137
5.4 矩阵 143
5.4.1 符号和术语 143
5.4.2 矩阵和线性映射 146
5.5 矩阵代数 154
5.5.1 一般矩阵的算术运算 155
5.5.2 方阵的算术运算 157
5.6 笛卡儿积 165
5.7 长度与保持长度 166
5.7.1 点积 166
5.7.2 内积 166
5.7.3 欧几里得范数 168
5.7.4 反射变换 169
5.7.5 幺正变换 173
5.7.6 线性方程组 175
5.8 基底的变化 177
5.9 特征向量和特征值 180
5.10 直和 186
5.11 同态 188
5.11.1 群同态 188
5.11.2 环同态和域同态 190
5.11.3 向量空间同态 191
5.12 小结 192
参考资料 192
第6章 “可能”是什么意思？ 193
6.1 离散 193
6.2 更数学形式的描述 196
6.3 又错了？ 197
6.4 概率和纠错 198
6.5 随机性 200
6.6 期望 203
6.7 马尔可夫和切比雪夫抛硬币 205
6.8 小结 209
参考资料 210
第二部分 量子计算
第7章 一个量子比特 212
7.1 初识量子比特 212
7.2 狄拉克符号 215
7.3 单个量子比特的复杂数学和物理学 220
7.3.1 量子态的表示方式 221
7.3.2 映射标准形式的幺正矩阵 223
7.3.3 密度矩阵 224
7.3.4 可观测量和期望 225
7.4 一种非线性投影 227
7.5 布洛赫球面 234
7.6 阿达马教授遇到泡利教授 239
7.6.1 量子门 240
7.6.2 量子门 242
7.6.3 量子门 243
7.6.4 量子门 244
7.6.5 量子门 244
7.6.6 量子门 246
7.6.7 量子门 247
7.6.8 量子门 248
7.6.9 量子T门 248
7.6.10 量子门 249
7.6.11 量子和门 250
7.6.12 量子门 250
7.6.13 量子操作 251
7.7 门和幺正矩阵 251
7.8 小结 252
参考资料 253
第8章 两三个量子比特 254
8.1 张量积 254
8.2 纠缠 260
8.2.1 从单量子比特到双量子比特 260
8.2.2 一般情况 265
8.2.3 再访密度矩阵 267
8.3 多量子比特门 268
8.3.1 量子门 268
8.3.2 量子门 272
8.3.3 量子CNOT门（CX门） 273
8.3.4 量子CY和CZ门 276
8.3.5 量子门 277
8.3.6 量子托佛利门（门） 277
8.3.7 量子弗雷德金门（门） 278
8.4 小结 278
参考资料 279
第9章 连接成线路 280
9.1 如此之多的量子比特 280
9.2 从门到线路 281
9.2.1 构建线路 281
9.2.2 对受控门的一点说明 285
9.3 构建通用模块 286
9.3.1 托佛利门 288
9.3.2 构建更复杂的线路 290
9.3.3 复制量子比特 291
9.3.4 量子隐形传态 293
9.4 算术 296
9.5 欢迎来到德尔斐 302
9.6 概率幅放大 306
9.6.1 翻转符号 307
9.6.2 均值倒反 308
9.7 搜索 311
9.7.1 格罗弗搜索算法 312
9.7.2 使用该预言机 313
9.7.3 理解该预言机 316
9.7.4 数据问题 319
9.8 多依奇-乔萨算法 319
9.8.1 更多有关阿达马门的数学知识 321
9.8.2 另一种使用预言机构建线路的方式 323
9.9 西蒙算法 327
9.9.1 问题 327
9.9.2 线路 330
9.9.3 分析该线路的结果 332
9.10 小结 335
参考资料 336
第 10章 从线路到算法 338
10.1 量子傅里叶变换 338
10.1.1 单位根 339
10.1.2 公式 343
10.1.3 线路 347
10.2 整数分解 349
10.2.1 整数分解问题 349
10.2.2 大整数 350
10.2.3 经典整数分解：基本方法 351
10.2.4 经典整数分解：高级方法 357
10.3 那又会有多难？ 359
10.4 相位估计 362
10.5 求阶和周期查找 367
10.5.1 模幂 369
10.5.2 线路 372
10.5.3 连分数部分 374
10.6 舒尔算法 375
10.7 小结 377
参考资料 377
第 11章 走向物理实在 380
11.1 这不合逻辑 380
11.2 什么样的物质才适合作为量子比特？ 381
11.3 光和光子 383
11.3.1 光子 384
11.3.2 双缝实验 386
11.3.3 极化 389
11.4 退相干 392
11.4.1 392
11.4.2 和 395
11.4.3 纯态和混合态 399
11.5 纠错 401
11.5.1 纠正比特翻转 402
11.5.2 纠正符号翻转 403
11.5.3 九量子比特舒尔码 404
11.5.4 一般性容错问题的注意事项 405
11.6 量子体积 406
11.7 软件堆栈和访问 410
11.8 模拟 411
11.8.1 量子比特 412
11.8.2 门 413
11.8.3 观测 414
11.8.4 线路 416
11.8.5 编写模拟器 416
11.9 猫 417
11.10 小结 419
参考资料 420
第 12章 有关未来的问题 423
12.1 生态系统和社区 423
12.2 应用和策略 425
12.3 访问 426
12.4 软件 427
12.5 硬件 429
12.6 教育 430
12.7 人力资源 431
12.8 小结 432
参考资料 432
附录A 快速参考信息 433
A.1 常用右矢 433
A.2 量子门和运算（操作） 434
附录B 符号 437
B.1 希腊字母 437
B.2 数学符号和运算 437
后记 440
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