博客來
本書清晰介紹了量子計算的核心概念、術語和技術，涵蓋數學、物理學和資訊理論的基礎知識，同時還提供量子程式設計動手實踐。本書揭開了隱藏在量子計算中的技術概念和數學原理的神秘面紗，展示了量子計算系統的設計和構建方式，解釋了量子計算系統對網路安全的影響，同時預覽了抗量子密碼學的進展。
本書還扼要介紹了當今領先的量子程式設計語言Microsoft Q#和QASM。各章包含的習題測試和示例專案有助於讀者深入理解和運用所學知識。本書文字淺顯易懂，是量子計算初學者的完美指南。
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量子計算導論：從線性代數到量子編程的圖書 |
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量子計算導論：從線性代數到量子編程 作者：（美）查克·伊斯特姆 ／ 譯者：王仁強等 出版社：電子工業出版社 出版日期：2023-03-01 語言：簡體中文 規格：平裝 / 330頁 / 16k/ 19 x 26 x 1.65 cm / 普通級/ 單色印刷 / 1-1 |
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圖書介紹 - 資料來源：博客來 評分：
圖書名稱：量子計算導論：從線性代數到量子編程
內容簡介
作者介紹
查克·伊斯特姆（Chuck Easttom）博士在電腦安全、取證和密碼學等領域出版了 31部著作，其中部分著作已被 60 多所高校用作教材。伊斯特姆博士還在數位取證、網路戰、密碼學和應用數學等領域發表過大量學術論文（超過70篇），同時擁有22項電腦科學發明專利。他擁有3個博士學位：網路安全方面的科學博士學位（論文題目為《用於後量子計算的基於格的密碼演算法研究》），納米技術方面的技術博士學位（論文題目為《複雜性對碳納米管故障的影響》），以及電腦科學博士學位（論文題目為《關於圖論在數字取證中的應用》）。此外，他還擁有應用電腦科學、教育學和系統工程等3個專業的碩士學位。伊斯特姆博士還是電氣電子工程師學會（IEEE）和國際電腦協會（ACM）資深會員，國際密碼研究協會（IACR）和系統工程國際委員會（INCOSE）會員，以及國際電腦協會傑出演講者和電氣電子工程師學會傑出訪問者。伊斯特姆博士現任喬治城大學兼職講師。
譯者簡介
王仁強，四川外國語大學副校長、教授、博士、博士生導師，兼任中國高等教育學會外語教學研究分會副理事長、中國辭書學會常務理事兼學術委員會委員，是國內外多種重要期刊匿名審稿專家；重慶市學術技術帶頭人，重慶英才·創新領軍人才，重慶市高校哲學社會科學協同創新團隊（語言大資料研究與應用創新團隊）帶頭人；主要從事詞典學、語料庫語言學、認知語言學和語言類型學研究，近年來轉向從事量子語言學研究；主持國家社科基金專案3項，出版著作8部，發表論文50餘篇，獲得省級教學科研成果獎4次；英國愛丁堡大學和美國新墨西哥大學訪問學者。
吳銘，四川外國語大學英語學院外國語言學及應用語言學專業在讀博士生，研究方向為語料庫語言學和詞典學，在核心期刊發表論文多篇。
譯者簡介
王仁強，四川外國語大學副校長、教授、博士、博士生導師，兼任中國高等教育學會外語教學研究分會副理事長、中國辭書學會常務理事兼學術委員會委員，是國內外多種重要期刊匿名審稿專家；重慶市學術技術帶頭人，重慶英才·創新領軍人才，重慶市高校哲學社會科學協同創新團隊（語言大資料研究與應用創新團隊）帶頭人；主要從事詞典學、語料庫語言學、認知語言學和語言類型學研究，近年來轉向從事量子語言學研究；主持國家社科基金專案3項，出版著作8部，發表論文50餘篇，獲得省級教學科研成果獎4次；英國愛丁堡大學和美國新墨西哥大學訪問學者。
吳銘，四川外國語大學英語學院外國語言學及應用語言學專業在讀博士生，研究方向為語料庫語言學和詞典學，在核心期刊發表論文多篇。
目錄
第1章 線性代數入門 1
1.1 什麼是線性代數 2
1.2 代數入門 3
1.2.1 群、環和域 5
1.3 矩陣數學 9
1.3.1 矩陣加法和乘法 10
1.3.2 矩陣轉置 12
1.3.3 子矩陣 13
1.3.4 單位矩陣 14
1.3.5 深入瞭解矩陣 15
1.4 向量和向量空間 22
1.5 集合論 24
1.6 小結 27
第2章 複數 31
2.1 什麼是複數 31
2.2 複數的代數運算 33
2.3 用圖形表示複數 37
2.4 用向量表示複數 44
2.5 泡利矩陣 47
2.5.1 泡利矩陣的代數性質 51
2.6 超越數 54
2.7 小結 55
第3章 用於量子計算的物理學基礎 57
3.1 量子之旅 58
3.2 量子物理學要點 62
3.2.1 基本原子結構 62
3.2.2 希爾伯特空間 65
3.2.3 不確定性 67
3.2.4 量子態 70
3.2.5 量子糾纏 72
3.3 小結 74
第4章 用於量子計算的電腦科學基礎 77
4.1 資料結構 78
4.1.1 列表 79
4.1.2 二叉樹 85
4.2 演算法 85
4.2.1 排序演算法 87
4.3 計算複雜性理論 90
4.3.1 圈複雜度 91
4.3.2 霍爾斯特德度量指標 91
4.4 編碼理論 92
4.5 邏輯門 93
4.5.1 與 94
4.5.2 或 94
4.5.3 異或 94
4.5.4 邏輯門的應用 95
4.6 電腦架構 98
4.7 小結 100
第5章 基本資訊理論 103
5.1 基本概率 104
5.1.1 基本概率規則 104
5.2 集合論 106
5.3 資訊理論 109
5.3.1 定理1：香農的信源編碼定理 110
5.3.2 定理2：有噪通道編碼定理 110
5.3.3 信息熵 110
5.3.4 信息多樣性 114
5.4 量子資訊理論 116
5.5 小結 117
第6章 基本量子理論 120
6.1 量子力學進階 121
6.1.1 狄拉克符號 121
6.1.2 哈密頓算符 122
6.1.3 波函數坍縮 123
6.1.4 薛定諤方程 126
6.2 量子退相干 127
6.3 量子電動力學 129
6.4 量子色動力學 132
6.5 費曼圖 133
6.6 小結 134
第7章 量子糾纏與量子金鑰分發 137
7.1 量子糾纏 137
7.2 詮釋 142
7.2.1 哥本哈根詮釋 143
7.2.2 多重世界詮釋 144
7.2.3 退相干歷史詮釋 144
7.2.4 客觀坍縮理論 145
7.3 量子金鑰交換 145
7.3.1 BB84 協議 146
7.3.2 B92 協議 148
7.3.3 SARG04 協議 148
7.3.4 六態協議 150
7.3.5 E91協議 150
7.3.6 協議的實現 150
7.4 小結 151
第8章 量子架構 153
8.1 深入瞭解量子位 153
8.2 量子門 157
8.2.1 阿達瑪門 158
8.2.2 相移門 160
8.2.3 泡利門 160
8.2.4 交換門 161
8.2.5 弗雷德金門 162
8.2.6 托佛利門 162
8.2.7 受控門 162
8.2.8 伊辛門 163
8.2.9 Gottesman-Knill 定理 164
8.3 及閘有關的更多資訊 165
8.4 量子電路 166
8.5 D-Wave量子架構 168
8.5.1 超導量子比特 169
8.6 小結 170
第9章 量子硬體 172
9.1 量子位 172
9.1.1 光子 173
9.1.2 電子 175
9.1.3 離子 176
9.1.4 核磁共振量子計算 177
9.1.5 玻色-愛因斯坦凝聚態量子計算 178
9.1.6 砷化鎵量子點 179
9.2 需要多少個量子位元 180
9.3 解決退相干問題 181
9.3.1 過冷 183
9.3.2 處理雜訊 184
9.3.3 過濾雜訊 185
9.4 拓撲量子計算 185
9.4.1 編織理論基礎 185
9.4.2 編織理論進階 186
9.4.3 拓撲計算進階 186
9.5 量子電腦元件 186
9.5.1 量子數據平面 187
9.5.2 測量平面 187
9.5.3 控制處理器平面 187
9.6 量子網路 187
9.6.1 東京量子金鑰分發 187
9.6.2 京滬幹線 188
9.6.3 墨子號衛星 188
9.6.4 分散式量子計算 188
9.7 小結 188
第10章 量子演算法 191
10.1 何為演算法 191
10.2 多伊奇演算法 194
10.3 多伊奇-約薩演算法 197
10.4 伯恩斯坦-瓦茲拉尼演算法 198
10.5 西蒙演算法 200
10.6 肖爾演算法 201
10.6.1 量子週期查找函數 204
10.7 格羅弗演算法 207
10.8 小結 209
第11章 當代非對稱演算法 211
11.1 RSA 212
11.1.1 RSA示例1 214
11.1.2 RSA示例2 214
11.1.3 因式分解RSA金鑰 215
11.2 迪菲-赫爾曼演算法 216
11.2.1 艾爾加瑪爾加密演算法 217
11.2.2 MQV 218
11.3 橢圓曲線 219
11.3.1 橢圓曲線迪菲·赫爾曼演算法 223
11.3.2 橢圓曲線數位簽章演算法 224
11.4 小結 225
第12章 量子計算對密碼學的影響 227
12.1 非對稱密碼學 228
12.1.1 需要多少個量子位元 229
12.2 特定演算法 230
12.2.1 RSA 230
12.2.2 迪菲-赫爾曼 230
12.2.3 橢圓曲線密碼 231
12.2.4 對稱密碼 231
12.2.5 密碼散列 231
12.3 具體應用 232
12.3.1 數位憑證 232
12.3.2 SSL/TLS 233
12.3.4 公開金鑰基礎設施 236
12.3.5 虛擬私人網路絡 238
12.3.6 安全外殼協議 239
12.4 小結 240
第13章 基於格的密碼學 242
13.1 基於格的數學問題 243
13.1.1 短整數問題 245
13.1.2 短向量問題 246
13.1.3 近向量問題 246
13.2 加密演算法 247
13.2.1 NTRU 247
13.2.2 GGH 250
13.2.3 佩克特環簽名演算法 251
13.3 解決格問題 254
13.3.1 LLL演算法 254
13.4 小結 256
第14章 多元密碼學 259
14.1 數學 259
14.2 Matsumoto-Imai演算法 261
14.3 隱域方程 263
14.4 多元二次數位簽章方案 265
14.5 SFLASH 266
14.6 小結 268
第15章 後量子密碼學的其他方法 270
15.1 散列函數 270
15.1.1 Merkle-Damgaard 271
15.1.2 SWIFFT 271
15.1.3 蘭伯特簽名 274
15.2 基於編碼的密碼學 275
15.2.1 McEliece 275
15.2.2 Niederreiter密碼系統 277
15.3 超奇異同源金鑰交換 278
15.3.1 橢圓曲線 278
15.3.2 超奇異同源迪菲-赫爾曼演算法 281
15.4 小結 284
第16章 使用Q# 287
16.1 基本程式設計概念 287
16.1.1 變數和語句 288
16.1.2 控制結構 290
16.1.3 物件導向程式設計 292
16.2 Q#入門 293
16.3 格羅弗演算法 298
16.3.1 格羅弗演算法回顧 298
16.3.2 格羅弗演算法代碼 300
16.4 多伊奇-約薩演算法 303
16.4.1 多伊奇-約薩演算法回顧 303
16.4.2 多伊奇-約薩演算法代碼 304
16.5 位翻轉 306
16.6 小結 307
第17章 使用量子組合語言 309
17.1 基本程式設計概念 310
17.1.1 指令 310
17.1.2 命令列 313
17.2 開始使用QASM 314
17.3 量子糾錯 315
17.4 格羅弗演算法 317
17.4.1 格羅弗演算法回顧 317
17.4.2 格羅弗演算法代碼 318
17.5 多伊奇-約薩演算法 320
17.5.1 多伊奇-約薩演算法回顧 320
17.5.2 多伊奇-約薩演算法代碼 321
17.6 小結 322
附錄 章節測試答案 324
1.1 什麼是線性代數 2
1.2 代數入門 3
1.2.1 群、環和域 5
1.3 矩陣數學 9
1.3.1 矩陣加法和乘法 10
1.3.2 矩陣轉置 12
1.3.3 子矩陣 13
1.3.4 單位矩陣 14
1.3.5 深入瞭解矩陣 15
1.4 向量和向量空間 22
1.5 集合論 24
1.6 小結 27
第2章 複數 31
2.1 什麼是複數 31
2.2 複數的代數運算 33
2.3 用圖形表示複數 37
2.4 用向量表示複數 44
2.5 泡利矩陣 47
2.5.1 泡利矩陣的代數性質 51
2.6 超越數 54
2.7 小結 55
第3章 用於量子計算的物理學基礎 57
3.1 量子之旅 58
3.2 量子物理學要點 62
3.2.1 基本原子結構 62
3.2.2 希爾伯特空間 65
3.2.3 不確定性 67
3.2.4 量子態 70
3.2.5 量子糾纏 72
3.3 小結 74
第4章 用於量子計算的電腦科學基礎 77
4.1 資料結構 78
4.1.1 列表 79
4.1.2 二叉樹 85
4.2 演算法 85
4.2.1 排序演算法 87
4.3 計算複雜性理論 90
4.3.1 圈複雜度 91
4.3.2 霍爾斯特德度量指標 91
4.4 編碼理論 92
4.5 邏輯門 93
4.5.1 與 94
4.5.2 或 94
4.5.3 異或 94
4.5.4 邏輯門的應用 95
4.6 電腦架構 98
4.7 小結 100
第5章 基本資訊理論 103
5.1 基本概率 104
5.1.1 基本概率規則 104
5.2 集合論 106
5.3 資訊理論 109
5.3.1 定理1：香農的信源編碼定理 110
5.3.2 定理2：有噪通道編碼定理 110
5.3.3 信息熵 110
5.3.4 信息多樣性 114
5.4 量子資訊理論 116
5.5 小結 117
第6章 基本量子理論 120
6.1 量子力學進階 121
6.1.1 狄拉克符號 121
6.1.2 哈密頓算符 122
6.1.3 波函數坍縮 123
6.1.4 薛定諤方程 126
6.2 量子退相干 127
6.3 量子電動力學 129
6.4 量子色動力學 132
6.5 費曼圖 133
6.6 小結 134
第7章 量子糾纏與量子金鑰分發 137
7.1 量子糾纏 137
7.2 詮釋 142
7.2.1 哥本哈根詮釋 143
7.2.2 多重世界詮釋 144
7.2.3 退相干歷史詮釋 144
7.2.4 客觀坍縮理論 145
7.3 量子金鑰交換 145
7.3.1 BB84 協議 146
7.3.2 B92 協議 148
7.3.3 SARG04 協議 148
7.3.4 六態協議 150
7.3.5 E91協議 150
7.3.6 協議的實現 150
7.4 小結 151
第8章 量子架構 153
8.1 深入瞭解量子位 153
8.2 量子門 157
8.2.1 阿達瑪門 158
8.2.2 相移門 160
8.2.3 泡利門 160
8.2.4 交換門 161
8.2.5 弗雷德金門 162
8.2.6 托佛利門 162
8.2.7 受控門 162
8.2.8 伊辛門 163
8.2.9 Gottesman-Knill 定理 164
8.3 及閘有關的更多資訊 165
8.4 量子電路 166
8.5 D-Wave量子架構 168
8.5.1 超導量子比特 169
8.6 小結 170
第9章 量子硬體 172
9.1 量子位 172
9.1.1 光子 173
9.1.2 電子 175
9.1.3 離子 176
9.1.4 核磁共振量子計算 177
9.1.5 玻色-愛因斯坦凝聚態量子計算 178
9.1.6 砷化鎵量子點 179
9.2 需要多少個量子位元 180
9.3 解決退相干問題 181
9.3.1 過冷 183
9.3.2 處理雜訊 184
9.3.3 過濾雜訊 185
9.4 拓撲量子計算 185
9.4.1 編織理論基礎 185
9.4.2 編織理論進階 186
9.4.3 拓撲計算進階 186
9.5 量子電腦元件 186
9.5.1 量子數據平面 187
9.5.2 測量平面 187
9.5.3 控制處理器平面 187
9.6 量子網路 187
9.6.1 東京量子金鑰分發 187
9.6.2 京滬幹線 188
9.6.3 墨子號衛星 188
9.6.4 分散式量子計算 188
9.7 小結 188
第10章 量子演算法 191
10.1 何為演算法 191
10.2 多伊奇演算法 194
10.3 多伊奇-約薩演算法 197
10.4 伯恩斯坦-瓦茲拉尼演算法 198
10.5 西蒙演算法 200
10.6 肖爾演算法 201
10.6.1 量子週期查找函數 204
10.7 格羅弗演算法 207
10.8 小結 209
第11章 當代非對稱演算法 211
11.1 RSA 212
11.1.1 RSA示例1 214
11.1.2 RSA示例2 214
11.1.3 因式分解RSA金鑰 215
11.2 迪菲-赫爾曼演算法 216
11.2.1 艾爾加瑪爾加密演算法 217
11.2.2 MQV 218
11.3 橢圓曲線 219
11.3.1 橢圓曲線迪菲·赫爾曼演算法 223
11.3.2 橢圓曲線數位簽章演算法 224
11.4 小結 225
第12章 量子計算對密碼學的影響 227
12.1 非對稱密碼學 228
12.1.1 需要多少個量子位元 229
12.2 特定演算法 230
12.2.1 RSA 230
12.2.2 迪菲-赫爾曼 230
12.2.3 橢圓曲線密碼 231
12.2.4 對稱密碼 231
12.2.5 密碼散列 231
12.3 具體應用 232
12.3.1 數位憑證 232
12.3.2 SSL/TLS 233
12.3.4 公開金鑰基礎設施 236
12.3.5 虛擬私人網路絡 238
12.3.6 安全外殼協議 239
12.4 小結 240
第13章 基於格的密碼學 242
13.1 基於格的數學問題 243
13.1.1 短整數問題 245
13.1.2 短向量問題 246
13.1.3 近向量問題 246
13.2 加密演算法 247
13.2.1 NTRU 247
13.2.2 GGH 250
13.2.3 佩克特環簽名演算法 251
13.3 解決格問題 254
13.3.1 LLL演算法 254
13.4 小結 256
第14章 多元密碼學 259
14.1 數學 259
14.2 Matsumoto-Imai演算法 261
14.3 隱域方程 263
14.4 多元二次數位簽章方案 265
14.5 SFLASH 266
14.6 小結 268
第15章 後量子密碼學的其他方法 270
15.1 散列函數 270
15.1.1 Merkle-Damgaard 271
15.1.2 SWIFFT 271
15.1.3 蘭伯特簽名 274
15.2 基於編碼的密碼學 275
15.2.1 McEliece 275
15.2.2 Niederreiter密碼系統 277
15.3 超奇異同源金鑰交換 278
15.3.1 橢圓曲線 278
15.3.2 超奇異同源迪菲-赫爾曼演算法 281
15.4 小結 284
第16章 使用Q# 287
16.1 基本程式設計概念 287
16.1.1 變數和語句 288
16.1.2 控制結構 290
16.1.3 物件導向程式設計 292
16.2 Q#入門 293
16.3 格羅弗演算法 298
16.3.1 格羅弗演算法回顧 298
16.3.2 格羅弗演算法代碼 300
16.4 多伊奇-約薩演算法 303
16.4.1 多伊奇-約薩演算法回顧 303
16.4.2 多伊奇-約薩演算法代碼 304
16.5 位翻轉 306
16.6 小結 307
第17章 使用量子組合語言 309
17.1 基本程式設計概念 310
17.1.1 指令 310
17.1.2 命令列 313
17.2 開始使用QASM 314
17.3 量子糾錯 315
17.4 格羅弗演算法 317
17.4.1 格羅弗演算法回顧 317
17.4.2 格羅弗演算法代碼 318
17.5 多伊奇-約薩演算法 320
17.5.1 多伊奇-約薩演算法回顧 320
17.5.2 多伊奇-約薩演算法代碼 321
17.6 小結 322
附錄 章節測試答案 324
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