量子计算与信息基础导论
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更新于2024-07-18
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"《量子计算与信息初步》2018版 Bernard Zygelman"
《量子计算与信息初步》是Bernard Zygelman撰写的一本关于量子计算与信息的入门书籍,旨在向读者介绍这个领域的基础知识。这本书的核心内容涵盖了量子力学的基本工具、量子位(qubits)的概念以及二进制算术等关键概念。
1.1 量子力学工具箱
在计算和信息处理的基础中,比特(bits)扮演着核心角色,它代表二值信息,如是/否答案、开关的开/关状态或停止/继续的决策。比特通常用整数0和1表示,所有数字计算机都是由这些不可分割的比特构建的。例如,灯泡的开和关状态就可以存储一个比特的信息。
1.1.1 量子位(Qubits)
量子位(qubits)是量子计算中的基本单位,它扩展了比特的概念。虽然它们在功能上类似,但qubits拥有量子力学的特性,如叠加态和纠缠态。在不深入讨论这些复杂的特性时,我们可以简单地通过符号区分qubits和bits,将0和1分别替换为量子态符号|0⟩和|1⟩。这两个符号表示qubit的两种可能状态。
1.1.2 二进制算术
比特构成了二进制数系统的基础,就像字母组成我们的语言一样。在这个系统中,0和1可以进行基本的算术运算,如加法、减法、乘法和除法。这种运算方式在传统计算机中至关重要,而在量子计算中,由于qubits的叠加性,计算过程变得更加复杂且潜力巨大。
1.2 量子计算的优势
量子计算机利用qubits的量子态叠加和纠缠,能够并行处理大量信息,理论上能显著提高计算效率,解决某些问题的速度远超经典计算机。例如,量子计算机在分解大素数(如用于RSA加密)和模拟量子物理系统方面具有潜在优势。
1.3 量子信息处理
量子信息处理包括编码、传输和解码信息的方式,这些在量子通信和量子密码学中尤为关键。量子隐形传态和量子密钥分发利用了量子态的不可克隆性和测量的破坏性,实现了理论上无法被破解的安全通信。
总结来说,《量子计算与信息初步》这本书是理解量子计算原理及其对信息技术影响的起点,它揭示了量子世界如何颠覆我们对计算和信息的传统理解,并展示了这一领域未来可能的突破性进展。
2019-07-06 上传
2010-06-27 上传
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