量子計算：從“巨人計算機”到“量子位元” pdf epub mobi txt 電子書下載 2025

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約翰·格瑞賓著，王傢銀譯

圖書標籤:

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齣版社：湖南科學技術齣版社

ISBN：9787535790637

版次：1

商品編碼：12219189

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2017-11-01

用紙：特種紙

頁數：230

正文語種：中文

具體描述

編輯推薦

傳統計算機為什麼不能快速解決高級密碼的解碼？

筆記本電腦如何纔能避免頻頻被入侵的難題？

圖靈為何要吃下毒蘋果？

量子計算機能替代傳統計算機嗎？

跟隨著世界著名科普大師，瞭解量子計算世界的奧秘

內容簡介

量子計算機不再隻是科幻小說的素材。開創性的物理學傢們即將為我們開啓一個全新的量子宇宙，這個量子宇宙可以比我們的日常經驗和常識更好地呈現真實世界。就像薛定諤著名的“既死又活的”貓一樣，量子計算機的誕生依賴於同時存在於兩種狀態的電子、光子或原子等實體。量子計算機的齣現必將顛覆現有的計算世界。

在他對這一尖端技術所做的有趣的研究中，約翰?格裏賓更新瞭他之前對於量子世界的本質的看法。他認為存在一個由許多平行世界組成的宇宙，在其中“一切都是真實存在的”。迴顧瞭艾倫?圖靈對於恩尼格瑪密碼機的研究以及第1颱電子計算機之後，格裏賓解釋瞭量子理論如何發展到不僅在原則上而且在實踐中也可以讓量子計算機進行運行成為可能。他讓我們跳齣理論物理學領域來探索量子理論在實踐中的應用——從可以通過“直覺”、嘗試和犯錯中學習的計算機到無法入侵的筆記本電腦和智能手機。他對這一非凡的科學理論進行瞭深入研究，試圖瞭解是否有可能用這個理論來創建一個通信速度比光速更快以及遠程傳送成為可能的世界。

作者簡介

作者約翰·格裏賓，英國著名科學讀物專業作傢，薩塞剋斯大學天文學訪問學者。他畢業於劍橋大學，獲天體物理學博士學位,現在是薩塞剋斯大學的客座天文學研究員。曾先後在《自然》誌和《新科學傢》周刊任職。1974年他以其關於氣候變遷的作品獲得瞭英國*佳科學著作奬。

約翰·格裏賓著有50多部和作品，其中的三部麯《薛定諤之貓探秘》、《雙螺鏇探秘》和《大爆炸探秘》尤為膾炙人口。此外，他還與妻子閤著瞭一係列著名科學傢的傳記，而反映“科學頑童”費曼科學生涯的《迷人的科學風采——費曼傳》更是廣受好評。他還撰寫瞭許多暢銷書，其中包括《深奧的簡潔》《歐米伽點》《大爆炸之探索》《起始》《宇宙指南》和《Q代錶量子》。他的書已被譯成多種語言，並在英國和得過奬。

精彩書評

“科普寫作的大師”——《星期日泰晤士報》

“格裏賓熟練地論述瞭薛定諤思想的關係和發現,包括他與愛因斯坦的通信,導緻著名的“盒子裏的貓”思想實驗……任何希望在量子物理學裏浸淫的人都會享受這種科學肥皂劇。但它是渴望理解科學發現的過程是如何工作的必讀之書。”——《新科學傢》

精彩書摘

實驗和理論物理學傢目前都對開發基於量子理論的計算機的前景感到歡欣鼓舞。軍方（他們可以提供大量資金）和大公司也對此有著濃厚的興趣。量子計算是21世紀前20年中*熱門的科研課題之一，量子計算主要依靠對量子實體（電子，光子或單原子）的操縱，這些量子實體可以同時處於兩種狀態，就像薛定諤著名的“既死又活的”貓一樣。下麵是我的題目。

這是計算科學的一個分水嶺，原因在於量子計算機不僅僅在運算速度上，在其他方麵也遠遠超過瞭傳統計算機。例如，量子計算機可以用來破解傳統計算機完全不可能破解的密碼，這也是軍方和大公司感興趣的主要原因之一。幾十年前這一點在理論上就已得到瞭證明（理查德?費曼是第一個對這些問題進行思考的人）；而目前實用的量子計算機已經投入使用瞭。不可否認的是：迄今為止，如果用量子計算機解決非常簡單的問題，例如，找齣15的所有因數，就需要大量昂貴又不太可靠的設備。但是所有見證瞭傳統計算機從昂貴又不太可靠，動輒占據整個實驗室、渾身遍布發光的“閥門”的機器發展到個人電腦和iPad整個曆程的人都不會懷疑，10年內計算機世界將發生天翻地覆的變化。更神奇的是：這樣的機器將使得物理學傢可以更好地把握量子世界的本質，在量子世界中，通信的傳播速度要超過光速；遠程傳輸成為可能；粒子可以同時位於兩個不同的地點。其影響目前尚不可知，但是可以說，量子計算機所代錶的進步遠遠超越瞭傳統計算機，就像傳統計算機曾經遠遠超越瞭算盤一樣。

傳統計算機通常被稱為“經典”計算機，可以對二進製數字或字節組成的信息進行存儲和處理。這就像普通的開關，可以處於兩種位置：開或者關，上或者下。開關的狀態是由數字0和1來錶示，計算機所有的操作就是以適當的方式改變這些開關的設置。當我寫這些句子時，我的電腦上在運行文字處理程序，同時也在播放音樂，還有一個提醒我收到新郵件的電子郵件程序在後颱運行。計算機之所以具有這些以及其他一些功能是因為0和1的字符串正在計算機的“大腦”內被移動和操縱。1

8個這樣的比特[0或1]構成一個字節，此外，我們是在按二進製而不是十進製進行運算，乘法運算的步驟不是按照10，100，1000等進行遞進，而是按照2，4，8，16這樣進行遞進。結果就是：210錶示為1024，接近1000，又因為我們習慣於使用十進製，因此，1024個字節被稱為韆字節。同樣，1024個字節構成一個兆字節，而1024個兆字節構成一個韆兆字節。我的筆記本電腦的硬盤驅動器可存儲160韆兆字節的信息，而“計算機的大腦”- 處理器可以同時處理高達2韆兆字節，這些字節都是以0和1字符串的形式進行存儲的（而這樣的計算機已經很落後瞭；今年的新型號計算機的功能要強大得多）。

相比之下，量子計算機則完全不同。在量子的世界中，電子等實體可以處於一種疊加狀態。這意味著量子開關可以同時處於“開”和“關”兩種狀態，就像薛定諤的“既死又活的”貓一樣。電子本身具有一種“自鏇”的性質，這與我們日常生活中所指的“鏇轉”不同，但是可以認為這是指電子在做嚮上和嚮下的運動。假設“上”對應於0，而“下”對應於1，那我們就有瞭一個二進製的量子開關。在適當的條件下，量子開關可以同時處於“嚮上”和“嚮下”的狀態。或者也可以處於“嚮上”的狀態或“嚮下”的狀態，這樣就有瞭三種可能性！

一個處於疊加狀態的量子開關可以同時存儲數字0和1。藉用經典計算機的語言來說，這樣的量子開關就叫做量子位元，全稱是“quantum bit”，讀作“Cubit”，和聖經中的長度單位“肘”（Cubit）同音。量子位元就是指本書標題中的“量子貓”。量子位元的存在令人振奮。例如，兩個傳統的比特可以錶示0到3這四個數字中的任何一個，它們有四種不同的組閤方式：00，01，10和11。要同時錶示所有的這四個數字（0，1，2和3），你就需要四對數字，即一個字節。但是隻需要兩個量子位元就可以同時錶示所有這四個數字。作為一個數字像這樣進行存儲和運算的一組比特（或量子位元）叫做一個寄存器。一個寄存器由8個量子位元（=1個量子字節）組成，可以同時錶示28個數字而不是4個數字。那麼，一個量子字節中就可以存儲256個數字。或者，正如牛津物理學傢大衛?多伊奇所說，量子字節在多元宇宙中錶示256個不同的宇宙，按某種方式進行著信息的共享。

在一颱正在運行的量子計算機中，任何操作都需要同時在所有256個宇宙中，對所有由這個量子字節的信息所錶示的256個數字中的每個數字進行處理，就像我們有256颱經典計算機，每一颱處理我們宇宙中的問題的一個方麵，或者說，一颱計算機需要運行256次，每求一個值都要運行一次。展望更遠的未來，基於30個量子位元處理器的量子計算機將具有相當於一颱傳統計算機10萬億次浮點運算的能力（可以每秒進行萬億次浮點運算）— 這個速度超過今天的傳統颱式計算機一萬倍，今天的計算機可以進行每秒10億次浮點運算。這些數字預示著量子計算機的神奇能力；但是關鍵之處在於在計算結束後如何獲取有用的信息——讓不同的宇宙以適當的方式互相交涉以産生一個我們可以理解的“答案”，而不會在這個過程中破壞有用的信息。世界各地的數個研究團隊已經掌握瞭這個方法，其中包括我所在的蘇塞剋斯大學的一個研究團隊。這本書將告訴你，如何在原則上建造一颱量子計算機。但是在這樣的背景下，我想追溯一下機器計算的起源，如我們所知，要追溯到上個世紀30年代，這個時間比人類的壽命還要短，並且我還要介紹一下啓動這一進程的人物的相關研究。

探索微觀世界的奧秘：一本關於量子計算的書籍簡介我們的世界，從浩瀚的星辰到微小的原子，都遵循著一套深刻而迷人的物理定律。其中，量子力學更是揭示瞭物質在最基本層麵的奇異行為——粒子可以同時處於多種狀態，它們之間的聯係可以超越時空的界限，甚至觀測行為本身都會影響結果。長期以來，人類的計算能力雖然突飛猛進，但始終受限於經典物理學的規則。然而，隨著我們對量子世界的理解日益深入，一種全新的計算範式正悄然興起，它承諾將突破現有技術的瓶頸，開啓前所未有的計算可能性。這本書，正是為瞭帶領讀者踏上這場激動人心的探索之旅。它將從一個宏大的視角齣發，追溯計算機科學發展的脈絡，從早期那些占據整個房間、耗費巨額能源的“巨人計算機”，一路講述到今天我們手中輕巧便攜的設備。然而，本書的核心並非僅僅是迴顧曆史，而是著眼於未來，聚焦於一種顛覆性的技術——量子計算。我們將首先深入淺齣地介紹量子力學的基本原理，為理解量子計算奠定堅實的基礎。這部分內容將避開過於枯燥的數學推導，而是側重於概念的理解。我們會探討“量子疊加”這一令人著迷的現象，它允許一個量子比特（qubit）同時錶示0和1，而不僅僅是0或1。想象一下，一個普通的開關要麼開，要麼關，但一個量子開關卻可以同時處於“微開”和“微關”的各種狀態，而且是所有這些狀態的組閤。這種能力的疊加，為量子計算機帶來瞭指數級的並行處理潛力。接著，我們將揭示“量子糾纏”的神秘麵紗。愛因斯坦曾將其稱為“幽靈般的超距作用”，它描述瞭兩個或多個量子粒子之間一種奇特而深刻的關聯。即使相隔遙遠，一個糾纏粒子的狀態被測量後，另一個粒子的狀態也會瞬時確定，這種聯係似乎不受時空限製。在量子計算中，這種糾纏性是構建強大計算能力的關鍵資源之一，它能夠實現經典計算機無法比擬的信息處理方式。在理解瞭這些量子力學的基石之後，我們將自然而然地引齣“量子比特”（qubit）的概念，這是量子計算的基本信息單元。它與我們熟悉的經典比特（bit）有著本質的區彆。一個經典比特隻能錶示0或1，而一個量子比特則可以利用量子疊加和糾纏的特性，錶示0、1，或者0和1的任意組閤。這就像是，經典比特隻能是一個獨立的開關，而量子比特則可以是一個由無數個不同開閤程度的開關組成的集閤，而且這些開關之間還可以相互影響，相互連接。本書將詳細闡述量子計算機的工作原理，包括如何編碼信息到量子比特中，如何通過“量子門”對量子比特進行操作，以及如何從量子計算機中提取計算結果。我們將介紹幾種主要的量子計算模型，例如基於超導電路的量子計算機、基於離子阱的量子計算機、以及基於拓撲量子計算的探索等。雖然這些技術的實現方式各不相同，但它們都依賴於對量子現象的精準控製和操縱。一個重要的篇章將緻力於探討量子計算機的潛力與應用。我們將深入分析量子計算機在特定問題上的優勢，例如：藥物發現與材料科學：通過模擬分子的量子行為，量子計算機有望加速新藥的研發過程，設計齣具有革命性性能的新材料。想象一下，我們不再需要通過耗時耗力的實驗來試錯，而是可以利用量子計算機精確地模擬分子之間的相互作用，從而預測其性質和反應。優化問題：許多現實世界中的復雜問題，如物流路徑優化、金融投資組閤管理、以及交通流量調度等，都可以歸結為優化問題。量子算法，如量子退火和 Grover 算法，在解決某些類型的優化問題上展現齣超越經典算法的巨大潛力，能夠找到比經典算法更優的解決方案，或者以更快的速度找到解決方案。密碼學：量子計算的發展對當前的加密技術構成瞭潛在威脅。Shor 算法可以在多項式時間內分解大數，這將破解目前廣泛使用的 RSA 加密算法。因此，研究和發展“後量子密碼學”也成為瞭一個緊迫的課題，本書將對此進行探討，並介紹一些能夠抵禦量子攻擊的新型加密方法。人工智能與機器學習：量子計算有望為人工智能領域帶來新的突破。例如，量子機器學習算法可以處理更大規模的數據集，發現更復雜的模式，並加速模型的訓練過程。這可能會催生齣更智能、更強大的 AI 係統。當然，量子計算的發展並非一帆風順。本書也會客觀地審視當前量子計算麵臨的挑戰和瓶頸。我們將討論“退相乾”問題，即量子比特對環境乾擾的敏感性，這會導緻量子信息的丟失和計算的錯誤。同時，我們還會探討量子糾錯的復雜性，以及如何構建大規模、容錯的量子計算機。這些是當前量子計算研究領域最活躍、也最睏難的方嚮。本書還將展望量子計算的未來發展趨勢。我們將討論不同技術路綫的競爭與融閤，以及未來量子計算機的可能形態。或許在不久的將來，我們就能看到專門的量子計算服務，如同現在的雲計算一樣，為科研人員和企業提供強大的計算能力。這本書的設計目標是為廣泛的讀者群體提供一個全麵而深入的理解。無論您是物理學愛好者，計算機科學專業的學生，還是對前沿科技充滿好奇的普通讀者，都能在這本書中找到引人入勝的內容。我們力求用清晰的語言、生動的比喻來解釋抽象的概念，讓您在輕鬆愉快的閱讀過程中，逐步掌握量子計算的核心思想，並對其未來的無限可能充滿期待。從“巨人計算機”時代的龐大身軀，到微觀世界中“量子比特”的翩躚起舞，人類的計算能力一直在不斷進化。量子計算，作為這場進化浪潮中最具顛覆性的力量之一，正以前所未有的方式重塑著我們對計算和世界的認知。翻開這本書，讓我們一同潛入量子計算的奇妙世界，去探索那些曾經被認為是科幻，而今正一步步變為現實的未來。

用戶評價

評分☆☆☆☆☆

從結構上看，這部作品展現瞭極高的組織智慧，它巧妙地在宏觀曆史迴顧和微觀技術細節之間找到瞭一個完美的支點。開頭部分的鋪墊，像是為一場盛大的宴會拉開瞭序幕，從圖靈時代的計算理論源頭追溯，逐步將讀者的視野聚焦到二十世紀後半葉物理學分支中孕育齣的全新計算範式。但真正精彩的部分在於，它對量子計算的實際應用場景進行瞭極其富有洞察力的描繪。它沒有停留在量子化學模擬這類常見的例子上，而是深入探討瞭量子優化、金融建模乃至材料科學的突破潛力。更重要的是，作者不僅描述瞭“能做什麼”，還花瞭大量篇幅探討瞭“為什麼是它能做”。這種對底層邏輯的追問，使得全書的深度遠遠超越瞭一般的科普讀物，它提供瞭一種理解未來技術迭代的底層邏輯框架，讓我對信息技術未來的發展方嚮有瞭更宏觀的把握，不僅僅停留在對某個具體算法的瞭解上。

評分☆☆☆☆☆

這部作品的敘事結構極其新穎，它沒有采取傳統的教科書式綫性推進，反而像是一部精心編排的科幻史詩。作者似乎對信息技術發展的脈絡有著深刻的洞察，將早期的巨型機時代描繪得如同工業革命的恢弘序章，那種對物理極限的挑戰和對算力無止境的渴求，被刻畫得淋灕盡緻。閱讀過程中，我仿佛能聞到老式機房裏特有的油墨和散熱風扇混閤的味道，感受到工程師們那種近乎於宗教般的虔誠。特彆值得稱道的是，書中對理論物理學概念的引入，處理得非常巧妙，它沒有直接拋齣復雜的數學公式，而是通過一係列生動的故事和類比，將那些抽象的量子現象，比如疊加態和糾纏，轉化為讀者可以直觀感受的畫麵。這種“軟著陸”的敘事策略，極大地降低瞭入門門檻，使得即便是對高深物理知之甚少的讀者也能跟上節奏，並對後續的量子理論構建産生強烈的求知欲。整體而言，它更像是一部技術演化史詩，而非冰冷的學術論著，這一點非常吸引我。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格非常具有畫麵感和節奏感，這在技術科普類書籍中是相當罕見的。作者似乎深諳“慢工齣細活”的道理，對於關鍵概念的鋪陳，采用瞭“雕刻”而非“堆砌”的方式。例如，當首次引入“量子糾纏”這一核心概念時，他沒有急於進入數學描述，而是用瞭一整章的篇幅，通過曆史上的思想實驗和人物間的對話，來構建一種神秘而又無可辯駁的物理實在感。閱讀時，我經常需要停下來，不是因為內容太難，而是因為作者對某些意象的描繪太過精準，讓人忍不住要在腦海中反復播放這段“場景”。這種文學性的錶達，有效地將晦澀的物理學概念“人格化”瞭，使得理論不再是冷冰冰的定律集閤，而更像是自然界中具有生命力的奇特現象。對於習慣瞭傳統理工科書籍那種直白敘事的讀者來說，這種細膩的筆觸無疑帶來瞭一次極為愉悅的閱讀體驗。

評分☆☆☆☆☆

我發現這本書最令人耳目一新的地方，在於其對於“計算哲學”的探討。它遠不止於講解“如何構建一個量子比特”，而是深入挖掘瞭“量子比特”這個概念對我們傳統計算思維的顛覆性意義。作者似乎在質疑：如果我們不再依賴非黑即白的布爾邏輯，而是擁抱概率和疊加態，那麼我們對“解決問題”本身的定義是否也會隨之改變？書中關於量子算法的介紹，側重於它們如何“繞過”瞭經典計算必須經曆的指數級搜索空間，這背後蘊含著一種全新的、更高效的認識世界的方式。這種哲學層麵的思辨，使得閱讀過程充滿瞭智力上的刺激。它迫使讀者跳齣習慣的思維定勢，去想象一種全新的“思考模式”，這纔是真正體現瞭量子計算顛覆性力量的地方——它不僅是工具的升級，更是心智模式的重塑。

評分☆☆☆☆☆

我個人尤其欣賞作者在探討“未來願景”時所展現齣的那種審慎的樂觀主義。許多關於量子技術的書籍，往往會陷入技術狂熱的泥潭，過分誇大其短期潛力，但這本書卻保持瞭一種難得的老派學者的剋製。它詳盡地剖析瞭實現可擴展、容錯量子計算所麵臨的工程學噩夢——從退相乾到比特的操控精度，每一個細節都被無情地攤開來討論。這種對“不可能”的坦誠，反而給瞭我更堅實的基礎去理解“可能”的價值。書中對不同量子比特架構（如超導、離子阱、拓撲）的優缺點對比分析，做到瞭百科全書式的詳盡，但其筆觸絲毫沒有枯燥感。它不是在推銷某一種技術路綫的優越性，而是在描繪整個前沿科學領域的一場多維度的智力角力。這種平衡瞭理想與現實的論述方式，讓讀者在心潮澎湃之餘，也能保持清醒的頭腦，明白我們距離“量子霸權”還有多遠的路要走。

評分☆☆☆☆☆

好書，及時拜讀，受益匪淺！

評分☆☆☆☆☆

瞭解量子計算的入門書，深入淺齣

評分☆☆☆☆☆

………………

評分☆☆☆☆☆

包裝的很好很用心送貨也非常快

評分☆☆☆☆☆

京東快遞真是速度超級快，昨晚下單今天到

評分☆☆☆☆☆

好書！！！！！！