| 量子计算-从巨人计算机到量子位元 | ||
| 定价 | 48.00 | |
| 出版社 | 湖南科学技术出版社 | |
| 版次 | 1 | |
| 出版时间 | 2017年11月 | |
| 开本 | 16开 | |
| 作者 | 约翰·格里宾 | |
| 装帧 | 平装-胶订 | |
| 页数 | 231 | |
| 字数 | 200000 | |
| ISBN编码 | 9787535790637 | |
量子计算机不再只是科幻小说的素材。开创性的物理学家们即将为我们开启一个全新的量子宇宙,这个量子宇宙可以比我们的日常经验和常识更好地呈现真实SJ。J像薛定谔ZM的“既死又活的”猫一样,量子计算机的诞生依赖于同时存在于两种状态的电子、光子或原子等实体。量子计算机的出现必将颠覆现有的计算SJ。 在他对这一JD技术所做的有趣的研究中,约翰·格里宾更新了他之前对于量子SJ的本质的看法。他认为存在一个由许多平行SJ组成的宇宙,在其中“一切都是真实存在的”。回顾了艾伦·图灵对于恩尼格玛密码机的研究以及*台电子计算机之后,格里宾解释了量子理论如何发展到不仅在原则上而且在实践中也可以让量子计算机进行运行成为可能。他让我们跳出理论物理学领域来探索量子理论在实践中的应用——从可以通过“直觉”、尝试和犯错中学习的计算机到无法入侵的笔记本电脑和智能手机。他对这一非凡的科学理论进行了深入研究,试图了解是否有可能用这个理论来创建一个通信速度比光速更快以及远程传送成为可能的SJ。
约翰·格里宾,英国有名科学读物专业作家,萨塞克斯大学天文学访问学者。他毕业于剑桥大学,获天体物理学博士学位,现在是萨塞克斯大学的客座天文学研究员。曾先后在《自然》志和《进步科学家》周刊任职。1974年他以其关于气候变迁的作品获得了英国很好科学著作奖。约翰·格里宾著有50多部科普和科幻作品,其中的科学三部曲《薛定谔之猫探秘》、《双螺旋探秘》和《大爆za探秘》尤为脍炙人口。此外,他还与妻子合著了一系列有名科学家的传记,而反映“科学顽童”费曼科学生涯的《迷人的科学风采——费曼传》更是广受HP。他还撰写了许多畅销书,其中包括《深奥的简洁》《欧米伽点》《大爆za之探索》《起始》《宇宙指南》和《Q代表量子》。他的书已被译成多种语言,并在英国和美国得过奖。
传统计算机为什么不能快速解决GJ密码的解码?
笔记本电脑如何才能避免频频被入侵的难题?
图灵为何要吃下毒苹果?
量子计算机能替代传统计算机吗?
跟随着SJZM科普大师,了解量子计算SJ的奥秘
D一部分: 计算 001
D一章 图灵和图灵机 003
D二章 冯诺依曼和计算机 039
D一个插曲:传统计算机的局限性 069
D二部分:量子 073
D三章 费曼和量子 075
D四章 贝尔侦破纠结之网 103
D二个插曲:量子计算机的局限性 135
D三部分:用量子进行运算 139
D五章 多伊奇和多重宇宙 141
D六章 图灵的继承者和量子计算机 175
结尾: 失谐的量子 207
注释 210
参考资料和更多阅读材料 222
图片致谢 229
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引言:量子计算 实验和理论物理学家目前都对开发基于量子理论的计算机的前景感到欢欣鼓舞。军方(他们可以提供大量资金)和大公司也对此有着浓厚的兴趣。量子计算是21世纪前20年中*热门的科研课题之一,量子计算主要依靠对量子实体(电子,光子或单原子)的操纵,这些量子实体可以同时处于两种状态,J像薛定谔ZM的“既死又活的”猫一样。下面是我的题目。 这是计算科学的一个分水岭,原因在于量子计算机不仅仅在运算速度上,在其他方面也远远超过了传统计算机。例如,量子计算机可以用来破解传统计算机WQ不可能破解的密码,这也是军方和大公司感兴趣的主要原因之一。几十年前这一点在理论上J已得到了证明(理查德?费曼是D一个对这些问题进行思考的人);而目前实用的量子计算机已经投入使用了。不可否认的是:迄今为止,如果用量子计算机解决FC简单的问题,例如,找出15的所有因数,J需要大量昂贵又不太可靠的设备。但是所有见证了传统计算机从昂贵又不太可靠,动辄占据整个实验室、浑身遍布发光的“阀门”的机器发展到个人电脑和iPad整个历程的人都不会怀疑,10年内计算机SJ将发生天翻地覆的变化。更神奇的是:这样的机器将使得物理学家可以更好地把握量子SJ的本质,在量子SJ中,通信的传播速度要超过光速;远程传输成为可能;粒子可以同时位于两个不同的地点。其影响目前尚不可知,但是可以说,量子计算机所代表的进步远远CY了传统计算机,J像传统计算机曾经远远CY了算盘一样。 传统计算机通常被称为“经典”计算机,可以对二进制数字或字节组成的信息进行存储和处理。这J像普通的开关,可以处于两种位置:开或者关,上或者下。开关的状态是由数字0和1来表示,计算机所有的操作J是以适D的方式改变这些开关的设置。D我写这些句子时,我的电脑上在运行文字处理程序,同时也在播放音乐,还有一个提醒我收到新邮件的电子邮件程序在后台运行。计算机之所以具有这些以及其他一些功能是因为0和1的字符串正在计算机的“大脑”内被移动和操纵。1 8个这样的比特[0或1]构成一个字节,此外,我们是在按二进制而不是十进制进行运算,乘法运算的步骤不是按照10,100,1000等进行递进,而是按照2,4,8,16这样进行递进。结果J是:210表示为1024,接近1000,又因为我们习惯于使用十进制,因此,1024个字节被称为千字节。同样,1024个字节构成一个兆字节,而1024个兆字节构成一个千兆字节。我的笔记本电脑的硬盘驱动器可存储160千兆字节的信息,而“计算机的大脑”- 处理器可以同时处理高达2千兆字节,这些字节都是以0和1字符串的形式进行存储的(而这样的计算机已经很落后了;今年的新型号计算机的功能要强大得多)。
引言:量子计算
实验和理论物理学家目前都对开发基于量子理论的计算机的前景感到欢欣鼓舞。军方(他们可以提供大量资金)和大公司也对此有着浓厚的兴趣。量子计算是21世纪前20年中*热门的科研课题之一,量子计算主要依靠对量子实体(电子,光子或单原子)的操纵,这些量子实体可以同时处于两种状态,J像薛定谔ZM的“既死又活的”猫一样。下面是我的题目。
这是计算科学的一个分水岭,原因在于量子计算机不仅仅在运算速度上,在其他方面也远远超过了传统计算机。例如,量子计算机可以用来破解传统计算机WQ不可能破解的密码,这也是军方和大公司感兴趣的主要原因之一。几十年前这一点在理论上J已得到了证明(理查德?费曼是D一个对这些问题进行思考的人);而目前实用的量子计算机已经投入使用了。不可否认的是:迄今为止,如果用量子计算机解决FC简单的问题,例如,找出15的所有因数,J需要大量昂贵又不太可靠的设备。但是所有见证了传统计算机从昂贵又不太可靠,动辄占据整个实验室、浑身遍布发光的“阀门”的机器发展到个人电脑和iPad整个历程的人都不会怀疑,10年内计算机SJ将发生天翻地覆的变化。更神奇的是:这样的机器将使得物理学家可以更好地把握量子SJ的本质,在量子SJ中,通信的传播速度要超过光速;远程传输成为可能;粒子可以同时位于两个不同的地点。其影响目前尚不可知,但是可以说,量子计算机所代表的进步远远CY了传统计算机,J像传统计算机曾经远远CY了算盘一样。
传统计算机通常被称为“经典”计算机,可以对二进制数字或字节组成的信息进行存储和处理。这J像普通的开关,可以处于两种位置:开或者关,上或者下。开关的状态是由数字0和1来表示,计算机所有的操作J是以适D的方式改变这些开关的设置。D我写这些句子时,我的电脑上在运行文字处理程序,同时也在播放音乐,还有一个提醒我收到新邮件的电子邮件程序在后台运行。计算机之所以具有这些以及其他一些功能是因为0和1的字符串正在计算机的“大脑”内被移动和操纵。1
8个这样的比特[0或1]构成一个字节,此外,我们是在按二进制而不是十进制进行运算,乘法运算的步骤不是按照10,100,1000等进行递进,而是按照2,4,8,16这样进行递进。结果J是:210表示为1024,接近1000,又因为我们习惯于使用十进制,因此,1024个字节被称为千字节。同样,1024个字节构成一个兆字节,而1024个兆字节构成一个千兆字节。我的笔记本电脑的硬盘驱动器可存储160千兆字节的信息,而“计算机的大脑”- 处理器可以同时处理高达2千兆字节,这些字节都是以0和1字符串的形式进行存储的(而这样的计算机已经很落后了;今年的新型号计算机的功能要强大得多)。
相比之下,量子计算机则WQ不同。在量子的SJ中,电子等实体可以处于一种叠加状态。这意味着量子开关可以同时处于“开”和“关”两种状态,J像薛定谔的“既死又活的”猫一样。电子本身具有一种“自旋”的性质,这与我们日常生活中所指的“旋转”不同,但是可以认为这是指电子在做向上和向下的运动。假设“上”对应于0,而“下”对应于1,那我们J有了一个二进制的量子开关。在适D的条件下,量子开关可以同时处于“向上”和“向下”的状态。或者也可以处于“向上”的状态或“向下”的状态,这样J有了三种可能性!
一个处于叠加状态的量子开关可以同时存储数字0和1。借用经典计算机的语言来说,这样的量子开关J叫做量子位元,全称是“quantum bit”,读作“Cubit”,和圣经中的长度单位“肘”(Cubit)同音。量子位元J是指本书标题中的“量子猫”。量子位元的存在令人振奋。例如,两个传统的比特可以表示0到3这四个数字中的任何一个,它们有四种不同的组合方式:00,01,10和11。要同时表示所有的这四个数字(0,1,2和3),你J需要四对数字,即一个字节。但是只需要两个量子位元J可以同时表示所有这四个数字。作为一个数字像这样进行存储和运算的一组比特(或量子位元)叫做一个寄存器。一个寄存器由8个量子位元(=1个量子字节)组成,可以同时表示28个数字而不是4个数字。那么,一个量子字节中J可以存储256个数字。或者,正如牛津物理学家大卫?多伊奇所说,量子字节在多元宇宙中表示256个不同的宇宙,按某种方式进行着信息的共享。
在一台正在运行的量子计算机中,任何操作都需要同时在所有256个宇宙中,对所有由这个量子字节的信息所表示的256个数字中的每个数字进行处理,J像我们有256台经典计算机,每一台处理我们宇宙中的问题的一个方面,或者说,一台计算机需要运行256次,每求一个值都要运行一次。展望更远的未来,基于30个量子位元处理器的量子计算机将具有相D于一台传统计算机10万亿次浮点运算的能力(可以每秒进行万亿次浮点运算)— 这个速度超过JT的传统台式计算机一万倍,JT的计算机可以进行每秒10亿次浮点运算。这些数字预示着量子计算机的神奇能力;但是关键之处在于在计算结束后如何获取有用的信息——让不同的宇宙以适D的方式互相交涉以产生一个我们可以理解的“答案”,而不会在这个过程中破坏有用的信息。SJ各地的数个研究团队已经掌握了这个方法,其中包括我所在的苏塞克斯大学的一个研究团队。这本书将告诉你,如何在原则上建造一台量子计算机。但是在这样的背景下,我想追溯一下机器计算的起源,如我们所知,要追溯到上个世纪30年代,这个时间比人类的寿命还要短,并且我还要介绍一下启动这一进程的人物的相关研究。
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这本书给我带来的震撼,简直就像是一次穿越时空的思维探险,我从未想过,那些只存在于科幻小说中的概念,竟然能够以如此清晰、逻辑严谨的方式呈现在我眼前。约翰·格里宾,这位享誉盛名的科学作家,用他那如行云流水般的笔触,将量子世界的深邃奥秘一点点揭开。我惊叹于他对于复杂科学原理的驾驭能力,能够将抽象的量子力学概念,转化成普通读者也能理解的语言,并且引人入胜。从“巨人计算机”这个略带复古色彩的开篇,到“量子比特”这一前沿核心的深入剖析,作者构建了一个宏大的知识图谱,让我对计算的未来充满了无限遐想。我尤其喜欢他将科学史上的重大发现与当下的前沿研究巧妙地融合,仿佛能看到科学思想演进的脉络,感受到科学家们探索未知世界的勇气与智慧。读这本书,我不再是那个只知晓经典计算机的旁观者,而是仿佛置身于量子世界的奇点,窥探着计算能力即将迎来的一次颠覆性变革。书中对于“量子计算”的探讨,不仅仅是技术层面的介绍,更是一种哲学层面的思考,它迫使我重新审视“计算”本身的定义,以及它将如何重塑我们理解世界的方式。读到关于量子纠缠的部分,我更是被深深吸引,那种超越时空的神秘联系,让我对宇宙的本质有了更深的敬畏。我迫不及待地想知道,当这些理论真正转化为实践,会带来怎样的惊喜。
评分这本书是一次令人心潮澎湃的智识之旅。格里宾先生以他一贯的清晰和洞察力,为我们打开了“量子计算”的神秘大门。从“巨人计算机”的辉煌遗产,到“量子比特”所代表的全新计算范式,他的叙述如同一条蜿蜒的河流,将我带入了量子世界的深邃之中。我特别喜欢他对量子叠加和纠缠等关键概念的解释,用一种非专业人士也能理解的方式,深入浅出地揭示了其内在的奇妙。书中对于“量子宇宙”的描绘,以及由此延伸出的对“平行宇宙”和“多重宇宙”的探讨,更是让我对宇宙的广阔和多维性产生了无限的遐想。我开始思考,一旦我们能够掌握量子计算的能力,是否就能解开宇宙中最深奥的秘密?是否就能窥探到那些我们目前无法想象的现实维度?作者在书中并没有仅仅停留在理论的层面,他更是描绘了量子计算在未来可能带来的革命性应用,从药物研发到人工智能,都充满了令人兴奋的可能性。
评分当我翻开这本书时,我并没有预料到它会给我带来如此大的震撼。约翰·格里宾,这位我一直以来都非常敬佩的科学作家,这次又一次用他那令人折服的笔触,为我勾勒出了一幅关于“量子计算”的壮丽图景。从“巨人计算机”时代那厚重的历史感,到“量子比特”所代表的未来无限可能,作者构建了一个极其宏大的叙事框架。我被他对于量子力学原理的解析深深吸引,他能够将那些看似抽象、违反直觉的概念,通过恰当的比喻和深入浅出的论述,变得如此清晰易懂。书中对于“量子宇宙”的描绘,以及进而引发的关于“平行宇宙”和“多重宇宙”的哲学思考,更是让我对宇宙的本质和人类的认知边界产生了深刻的疑问。我开始想象,如果量子计算能够真正模拟出这些我们难以理解的宇宙形态,那将是对我们现有世界观的一次彻底颠覆。作者在书中不仅提供了知识,更引发了思考,让我对科学的探索精神有了更深的理解。
评分我发现这本书就像是一本穿越时空的百科全书,将我们带入了计算的过去、现在与未来。格里宾先生用他那充满智慧和幽默的笔触,将“量子计算”这一前沿领域,以前所未有的清晰度和深度呈现给我。从“巨人计算机”这个经典计算时代的象征,到“量子比特”所代表的量子革命,作者的叙述如同一个引人入胜的故事,让我欲罢不能。我特别喜欢他对量子力学基本原理的解释,那种能够将抽象概念具象化,让普通读者也能理解的能力,实在是令人佩服。书中对于“量子宇宙”、“平行宇宙”和“多重宇宙”的探讨,更是将我的视野引向了宇宙学的宏大图景,让我对现实的本质产生了更深的思考。我开始想象,如果量子计算能够帮助我们模拟这些复杂的宇宙模型,那么我们对宇宙的理解将会发生多么颠覆性的改变?作者在书中不仅提供了丰富的科学知识,更点燃了我对未来科技的无限憧憬。
评分这本书带给我的,是一种前所未有的思维拓展。约翰·格里宾,这位享誉世界的科学作家,用他那如同魔法般的文字,将“量子计算”这个听起来就充满未来感的概念,以一种令人惊叹的方式展现在读者面前。从“巨人计算机”时代的背景介绍,到“量子比特”这一核心概念的深入解析,作者的叙述逻辑严谨,层层递进,让我这个对量子物理了解不多的读者,也能够逐渐领略到其中的精妙。我尤为赞赏他对复杂科学原理的化繁为简能力,那些曾经让我望而却步的术语,在他的笔下变得生动有趣,充满吸引力。书中关于“量子宇宙”、“平行宇宙”和“多重宇宙”的探讨,更是让我脑洞大开,开始思考宇宙的真正形态以及我们所处的现实是否只是其中一种可能性。作者在书中不仅传递了知识,更激发了对未知的好奇心,让我对科学探索的无穷魅力有了更深的体会。
评分这本书就像是一次智慧的火花碰撞,让我对“量子计算”这个曾经遥不可及的概念,有了全新的认识。约翰·格里宾这位科学作家,用他那深厚的功底和独特的视角,为我们打开了一扇通往未来计算世界的大门。从“巨人计算机”代表的经典计算时代的辉煌,到“量子比特”所预示的颠覆性变革,作者的叙述条理清晰,引人入胜。我特别欣赏他对复杂量子力学原理的讲解,能够用通俗易懂的语言,将那些深奥的理论变得生动有趣,让我这个非专业读者也能乐在其中。书中对于“量子宇宙”、“平行宇宙”和“多重宇宙”的探讨,更是将我的思维引向了更广阔的宇宙学领域。我开始思考,如果量子计算能够帮助我们模拟这些奇特的宇宙结构,那么我们对现实的理解将会发生多么大的飞跃?作者在书中不仅阐述了理论,更展望了量子计算在未来能够带来的巨大影响,从科学研究到日常生活,都充满了无限可能。这本书让我对未来科技的发展充满了憧憬,也对人类智慧的潜力有了更深的敬畏。
评分这本书带给我的,是一种前所未有的智识上的挑战与启迪。约翰·格里宾,这位名字本身就带着科学光环的作者,用他那充满智慧的笔触,将“量子计算”这个庞大而复杂的课题,以一种令人惊叹的清晰度展现在读者面前。从“巨人计算机”代表的经典计算时代的辉煌与局限,到“量子比特”所蕴含的革命性潜力,他构建了一个从过去到未来的宏大叙事。我被书中对量子力学基本原理的解释所折服,他能够将那些看似违反直觉的现象,比如叠加态和量子隧穿,用生动形象的比喻和深入浅出的论述,转化为我脑海中可以理解的图像。书中关于“量子宇宙”以及可能存在的“平行宇宙”和“多重宇宙”的探讨,更是将我的思绪引向了哲学和宇宙学的深邃领域。我开始思考,如果量子计算能够帮助我们模拟和理解这些超越我们日常经验的宇宙形态,那么我们对自身在宇宙中的位置,以及现实的本质,是否会有一个全新的认知?我喜欢作者在叙述过程中,时不时地插入一些科学史上的轶事和科学家们的思考,这让整个阅读过程充满了人情味,也让我更能感受到科学探索的艰辛与伟大。这本书让我深刻认识到,量子计算不仅仅是计算能力的飞跃,它更可能是一种全新的思维方式,一种探索未知、理解宇宙的强大工具。
评分我不得不说,这本书是一次令人振奋的头脑风暴。约翰·格里宾以他独特的视角,将“量子计算”这个听起来高不可攀的领域,变得如此触手可及。从“巨人计算机”的宏伟蓝图,到“量子比特”的精妙设计,作者的叙述逻辑清晰,层层递进,让我这个对量子物理了解不多的人,也能逐渐领略其中的魅力。我尤其欣赏他对于科学概念的解读,那种能够化繁为简、直击本质的能力,实在是令人钦佩。书中对于“量子宇宙”、“平行宇宙”乃至“多重宇宙”的提及,更是让我眼前一亮,感觉像是推开了一扇通往无限可能的大门。我开始想象,当量子计算的力量真正释放出来,它是否能够帮助我们揭开宇宙中最深层的奥秘?是否能够让我们窥探到那些我们从未设想过的现实维度?作者在书中对于未来应用场景的描绘,比如在药物发现、新材料设计等方面,都让我充满了期待,仿佛已经看到了一个更加美好的、由量子计算驱动的未来。这本书不仅仅是知识的传递,更是一种对未来的憧憬,一种对人类智慧极限的探索。
评分读完这本书,我感觉自己像是经历了一场心智的洗礼,那些曾经遥不可及的“量子”概念,如今在我脑海中变得鲜活起来。格里宾先生的写作风格,我一直都很欣赏,他总能用最直白的语言,解释最晦涩的道理。这本书,更是将他的这种特长发挥到了极致。从“巨人计算机”这个象征着过往辉煌的起点,到“量子比特”这个引领未来的核心,他一步步带领我们走进了量子计算的神秘殿堂。我特别喜欢书中对历史背景的梳理,让我在理解量子计算的当下,也能回顾它曲折的发展历程,了解那些伟大的科学家是如何一点点推动科学进步的。这种深入浅出的讲解方式,让我在阅读过程中没有丝毫的枯燥感,反而充满了探索的乐趣。书中对于“量子宇宙”、“平行宇宙”和“多重宇宙”这些概念的触及,更是让我脑洞大开,我开始思考,如果量子计算真的能够模拟这些复杂的宇宙模型,那么我们对现实的认知将会发生多么颠覆性的改变?作者并没有止步于理论的介绍,他更是着眼于量子计算的实际应用前景,从药物研发到材料科学,再到人工智能,那些充满想象力的场景,让我对未来充满了期待。这不仅仅是一本书,更像是一扇窗,让我得以窥见一个充满无限可能的新世界。
评分这本书对我来说,是一次极其深刻的学习体验。格里宾先生的写作,总能抓住最核心的科学问题,然后用一种引人入胜的方式呈现出来。从“巨人计算机”的时代背景,到“量子比特”的革命性意义,他构建了一个关于计算未来的宏伟画卷。我特别喜欢他对量子纠缠、量子叠加等核心概念的解释,用了很多贴切的比喻,让我能够更好地理解这些抽象的物理原理。书中对于“量子宇宙”的探讨,以及引申出的“平行宇宙”、“多重宇宙”的猜想,更是让我对宇宙的边界产生了更深的思考。我开始想象,如果量子计算机能够模拟这些多维度的宇宙,那将会是多么令人难以置信的景象。作者在书中并没有回避科学研究中的不确定性和争议,反而用一种开放的态度去探讨,这让我觉得非常真实,也更能体会到科学探索的魅力。这本书让我对计算的本质有了全新的认识,也对未来科技的发展充满了无限的好奇和期待。
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