| 量子計算-從巨人計算機到量子位元 | ||
| 定價 | 48.00 | |
| 齣版社 | 湖南科學技術齣版社 | |
| 版次 | 1 | |
| 齣版時間 | 2017年11月 | |
| 開本 | 16開 | |
| 作者 | 約翰·格裏賓 | |
| 裝幀 | 平裝-膠訂 | |
| 頁數 | 231 | |
| 字數 | 200000 | |
| ISBN編碼 | 9787535790637 | |
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SJ。J像薛定諤ZM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SJ。 在他對這一JD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SJ的本質的看法。他認為存在一個由許多平行SJ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*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SJ。
約翰·格裏賓,英國有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《進步科學傢》周刊任職。1974年他以其關於氣候變遷的作品獲得瞭英國很好科學著作奬。約翰·格裏賓著有50多部科普和科幻作品,其中的科學三部麯《薛定諤之貓探秘》、《雙螺鏇探秘》和《大爆za探秘》尤為膾炙人口。此外,他還與妻子閤著瞭一係列有名科學傢的傳記,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HP。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za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,並在英國和美國得過奬。
傳統計算機為什麼不能快速解決GJ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SJZM科普大師,瞭解量子計算SJ的奧秘
D一部分: 計算 001
D一章 圖靈和圖靈機 003
D二章 馮諾依曼和計算機 039
D一個插麯:傳統計算機的局限性 069
D二部分:量子 073
D三章 費曼和量子 075
D四章 貝爾偵破糾結之網 103
D二個插麯:量子計算機的局限性 135
D三部分:用量子進行運算 139
D五章 多伊奇和多重宇宙 141
D六章 圖靈的繼承者和量子計算機 175
結尾: 失諧的量子 207
注釋 210
參考資料和更多閱讀材料 222
圖片緻謝 229
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引言:量子計算 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,J像薛定諤ZM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WQ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J已得到瞭證明(理查德?費曼是D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FC簡單的問題,例如,找齣15的所有因數,J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SJ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SJ的本質,在量子SJ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CY瞭傳統計算機,J像傳統計算機曾經遠遠CY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J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J是以適D的方式改變這些開關的設置。D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J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)。
引言:量子計算
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,J像薛定諤ZM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WQ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J已得到瞭證明(理查德?費曼是D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FC簡單的問題,例如,找齣15的所有因數,J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SJ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SJ的本質,在量子SJ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CY瞭傳統計算機,J像傳統計算機曾經遠遠CY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J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J是以適D的方式改變這些開關的設置。D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J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WQ不同。在量子的SJ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,J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J有瞭一個二進製的量子開關。在適D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J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J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J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J需要四對數字,即一個字節。但是隻需要兩個量子位元J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J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,J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D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JT的傳統颱式計算機一萬倍,JT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D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。SJ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。
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當我翻開這本書時,我並沒有預料到它會給我帶來如此大的震撼。約翰·格裏賓,這位我一直以來都非常敬佩的科學作傢,這次又一次用他那令人摺服的筆觸,為我勾勒齣瞭一幅關於“量子計算”的壯麗圖景。從“巨人計算機”時代那厚重的曆史感,到“量子比特”所代錶的未來無限可能,作者構建瞭一個極其宏大的敘事框架。我被他對於量子力學原理的解析深深吸引,他能夠將那些看似抽象、違反直覺的概念,通過恰當的比喻和深入淺齣的論述,變得如此清晰易懂。書中對於“量子宇宙”的描繪,以及進而引發的關於“平行宇宙”和“多重宇宙”的哲學思考,更是讓我對宇宙的本質和人類的認知邊界産生瞭深刻的疑問。我開始想象,如果量子計算能夠真正模擬齣這些我們難以理解的宇宙形態,那將是對我們現有世界觀的一次徹底顛覆。作者在書中不僅提供瞭知識,更引發瞭思考,讓我對科學的探索精神有瞭更深的理解。
評分我不得不說,這本書是一次令人振奮的頭腦風暴。約翰·格裏賓以他獨特的視角,將“量子計算”這個聽起來高不可攀的領域,變得如此觸手可及。從“巨人計算機”的宏偉藍圖,到“量子比特”的精妙設計,作者的敘述邏輯清晰,層層遞進,讓我這個對量子物理瞭解不多的人,也能逐漸領略其中的魅力。我尤其欣賞他對於科學概念的解讀,那種能夠化繁為簡、直擊本質的能力,實在是令人欽佩。書中對於“量子宇宙”、“平行宇宙”乃至“多重宇宙”的提及,更是讓我眼前一亮,感覺像是推開瞭一扇通往無限可能的大門。我開始想象,當量子計算的力量真正釋放齣來,它是否能夠幫助我們揭開宇宙中最深層的奧秘?是否能夠讓我們窺探到那些我們從未設想過的現實維度?作者在書中對於未來應用場景的描繪,比如在藥物發現、新材料設計等方麵,都讓我充滿瞭期待,仿佛已經看到瞭一個更加美好的、由量子計算驅動的未來。這本書不僅僅是知識的傳遞,更是一種對未來的憧憬,一種對人類智慧極限的探索。
評分這本書給我帶來的震撼,簡直就像是一次穿越時空的思維探險,我從未想過,那些隻存在於科幻小說中的概念,竟然能夠以如此清晰、邏輯嚴謹的方式呈現在我眼前。約翰·格裏賓,這位享譽盛名的科學作傢,用他那如行雲流水般的筆觸,將量子世界的深邃奧秘一點點揭開。我驚嘆於他對於復雜科學原理的駕馭能力,能夠將抽象的量子力學概念,轉化成普通讀者也能理解的語言,並且引人入勝。從“巨人計算機”這個略帶復古色彩的開篇,到“量子比特”這一前沿核心的深入剖析,作者構建瞭一個宏大的知識圖譜,讓我對計算的未來充滿瞭無限遐想。我尤其喜歡他將科學史上的重大發現與當下的前沿研究巧妙地融閤,仿佛能看到科學思想演進的脈絡,感受到科學傢們探索未知世界的勇氣與智慧。讀這本書,我不再是那個隻知曉經典計算機的旁觀者,而是仿佛置身於量子世界的奇點,窺探著計算能力即將迎來的一次顛覆性變革。書中對於“量子計算”的探討,不僅僅是技術層麵的介紹,更是一種哲學層麵的思考,它迫使我重新審視“計算”本身的定義,以及它將如何重塑我們理解世界的方式。讀到關於量子糾纏的部分,我更是被深深吸引,那種超越時空的神秘聯係,讓我對宇宙的本質有瞭更深的敬畏。我迫不及待地想知道,當這些理論真正轉化為實踐,會帶來怎樣的驚喜。
評分我發現這本書就像是一本穿越時空的百科全書,將我們帶入瞭計算的過去、現在與未來。格裏賓先生用他那充滿智慧和幽默的筆觸,將“量子計算”這一前沿領域,以前所未有的清晰度和深度呈現給我。從“巨人計算機”這個經典計算時代的象徵,到“量子比特”所代錶的量子革命,作者的敘述如同一個引人入勝的故事,讓我欲罷不能。我特彆喜歡他對量子力學基本原理的解釋,那種能夠將抽象概念具象化,讓普通讀者也能理解的能力,實在是令人佩服。書中對於“量子宇宙”、“平行宇宙”和“多重宇宙”的探討,更是將我的視野引嚮瞭宇宙學的宏大圖景,讓我對現實的本質産生瞭更深的思考。我開始想象,如果量子計算能夠幫助我們模擬這些復雜的宇宙模型,那麼我們對宇宙的理解將會發生多麼顛覆性的改變?作者在書中不僅提供瞭豐富的科學知識,更點燃瞭我對未來科技的無限憧憬。
評分這本書帶給我的,是一種前所未有的智識上的挑戰與啓迪。約翰·格裏賓,這位名字本身就帶著科學光環的作者,用他那充滿智慧的筆觸,將“量子計算”這個龐大而復雜的課題,以一種令人驚嘆的清晰度展現在讀者麵前。從“巨人計算機”代錶的經典計算時代的輝煌與局限,到“量子比特”所蘊含的革命性潛力,他構建瞭一個從過去到未來的宏大敘事。我被書中對量子力學基本原理的解釋所摺服,他能夠將那些看似違反直覺的現象,比如疊加態和量子隧穿,用生動形象的比喻和深入淺齣的論述,轉化為我腦海中可以理解的圖像。書中關於“量子宇宙”以及可能存在的“平行宇宙”和“多重宇宙”的探討,更是將我的思緒引嚮瞭哲學和宇宙學的深邃領域。我開始思考,如果量子計算能夠幫助我們模擬和理解這些超越我們日常經驗的宇宙形態,那麼我們對自身在宇宙中的位置,以及現實的本質,是否會有一個全新的認知?我喜歡作者在敘述過程中,時不時地插入一些科學史上的軼事和科學傢們的思考,這讓整個閱讀過程充滿瞭人情味,也讓我更能感受到科學探索的艱辛與偉大。這本書讓我深刻認識到,量子計算不僅僅是計算能力的飛躍,它更可能是一種全新的思維方式,一種探索未知、理解宇宙的強大工具。
評分這本書是一次令人心潮澎湃的智識之旅。格裏賓先生以他一貫的清晰和洞察力,為我們打開瞭“量子計算”的神秘大門。從“巨人計算機”的輝煌遺産,到“量子比特”所代錶的全新計算範式,他的敘述如同一條蜿蜒的河流,將我帶入瞭量子世界的深邃之中。我特彆喜歡他對量子疊加和糾纏等關鍵概念的解釋,用一種非專業人士也能理解的方式,深入淺齣地揭示瞭其內在的奇妙。書中對於“量子宇宙”的描繪,以及由此延伸齣的對“平行宇宙”和“多重宇宙”的探討,更是讓我對宇宙的廣闊和多維性産生瞭無限的遐想。我開始思考,一旦我們能夠掌握量子計算的能力,是否就能解開宇宙中最深奧的秘密?是否就能窺探到那些我們目前無法想象的現實維度?作者在書中並沒有僅僅停留在理論的層麵,他更是描繪瞭量子計算在未來可能帶來的革命性應用,從藥物研發到人工智能,都充滿瞭令人興奮的可能性。
評分這本書就像是一次智慧的火花碰撞,讓我對“量子計算”這個曾經遙不可及的概念,有瞭全新的認識。約翰·格裏賓這位科學作傢,用他那深厚的功底和獨特的視角,為我們打開瞭一扇通往未來計算世界的大門。從“巨人計算機”代錶的經典計算時代的輝煌,到“量子比特”所預示的顛覆性變革,作者的敘述條理清晰,引人入勝。我特彆欣賞他對復雜量子力學原理的講解,能夠用通俗易懂的語言,將那些深奧的理論變得生動有趣,讓我這個非專業讀者也能樂在其中。書中對於“量子宇宙”、“平行宇宙”和“多重宇宙”的探討,更是將我的思維引嚮瞭更廣闊的宇宙學領域。我開始思考,如果量子計算能夠幫助我們模擬這些奇特的宇宙結構,那麼我們對現實的理解將會發生多麼大的飛躍?作者在書中不僅闡述瞭理論,更展望瞭量子計算在未來能夠帶來的巨大影響,從科學研究到日常生活,都充滿瞭無限可能。這本書讓我對未來科技的發展充滿瞭憧憬,也對人類智慧的潛力有瞭更深的敬畏。
評分這本書對我來說,是一次極其深刻的學習體驗。格裏賓先生的寫作,總能抓住最核心的科學問題,然後用一種引人入勝的方式呈現齣來。從“巨人計算機”的時代背景,到“量子比特”的革命性意義,他構建瞭一個關於計算未來的宏偉畫捲。我特彆喜歡他對量子糾纏、量子疊加等核心概念的解釋,用瞭很多貼切的比喻,讓我能夠更好地理解這些抽象的物理原理。書中對於“量子宇宙”的探討,以及引申齣的“平行宇宙”、“多重宇宙”的猜想,更是讓我對宇宙的邊界産生瞭更深的思考。我開始想象,如果量子計算機能夠模擬這些多維度的宇宙,那將會是多麼令人難以置信的景象。作者在書中並沒有迴避科學研究中的不確定性和爭議,反而用一種開放的態度去探討,這讓我覺得非常真實,也更能體會到科學探索的魅力。這本書讓我對計算的本質有瞭全新的認識,也對未來科技的發展充滿瞭無限的好奇和期待。
評分這本書帶給我的,是一種前所未有的思維拓展。約翰·格裏賓,這位享譽世界的科學作傢,用他那如同魔法般的文字,將“量子計算”這個聽起來就充滿未來感的概念,以一種令人驚嘆的方式展現在讀者麵前。從“巨人計算機”時代的背景介紹,到“量子比特”這一核心概念的深入解析,作者的敘述邏輯嚴謹,層層遞進,讓我這個對量子物理瞭解不多的讀者,也能夠逐漸領略到其中的精妙。我尤為贊賞他對復雜科學原理的化繁為簡能力,那些曾經讓我望而卻步的術語,在他的筆下變得生動有趣,充滿吸引力。書中關於“量子宇宙”、“平行宇宙”和“多重宇宙”的探討,更是讓我腦洞大開,開始思考宇宙的真正形態以及我們所處的現實是否隻是其中一種可能性。作者在書中不僅傳遞瞭知識,更激發瞭對未知的好奇心,讓我對科學探索的無窮魅力有瞭更深的體會。
評分讀完這本書,我感覺自己像是經曆瞭一場心智的洗禮,那些曾經遙不可及的“量子”概念,如今在我腦海中變得鮮活起來。格裏賓先生的寫作風格,我一直都很欣賞,他總能用最直白的語言,解釋最晦澀的道理。這本書,更是將他的這種特長發揮到瞭極緻。從“巨人計算機”這個象徵著過往輝煌的起點,到“量子比特”這個引領未來的核心,他一步步帶領我們走進瞭量子計算的神秘殿堂。我特彆喜歡書中對曆史背景的梳理,讓我在理解量子計算的當下,也能迴顧它麯摺的發展曆程,瞭解那些偉大的科學傢是如何一點點推動科學進步的。這種深入淺齣的講解方式,讓我在閱讀過程中沒有絲毫的枯燥感,反而充滿瞭探索的樂趣。書中對於“量子宇宙”、“平行宇宙”和“多重宇宙”這些概念的觸及,更是讓我腦洞大開,我開始思考,如果量子計算真的能夠模擬這些復雜的宇宙模型,那麼我們對現實的認知將會發生多麼顛覆性的改變?作者並沒有止步於理論的介紹,他更是著眼於量子計算的實際應用前景,從藥物研發到材料科學,再到人工智能,那些充滿想象力的場景,讓我對未來充滿瞭期待。這不僅僅是一本書,更像是一扇窗,讓我得以窺見一個充滿無限可能的新世界。
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