量子计算：从“巨人计算机”到“量子位元” pdf epub mobi txt 电子书下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

约翰·格瑞宾著，王家银译

图书标签:

量子计算
量子信息
量子力学
计算科学
物理学
信息技术
新兴技术
前沿科技
科技普及
科普读物

下载链接在页面底部

facebook linkedin mastodon messenger pinterest reddit telegram twitter viber vkontakte whatsapp 复制链接

想要找书就要到静流书站

windowsfront.com

立刻按 ctrl+D收藏本页

你会得到大惊喜!!

出版社：湖南科学技术出版社

ISBN：9787535790637

版次：1

商品编码：12219189

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-11-01

用纸：特种纸

页数：230

正文语种：中文

具体描述

编辑推荐

传统计算机为什么不能快速解决高级密码的解码？

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？

跟随着世界著名科普大师，了解量子计算世界的奥秘

内容简介

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世界。就像薛定谔著名的“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世界。

在他对这一尖端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世界的本质的看法。他认为存在一个由许多平行世界组成的宇宙，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第1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世界。

作者简介

作者约翰·格里宾，英国著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《新科学家》周刊任职。1974年他以其关于气候变迁的作品获得了英国*佳科学著作奖。

约翰·格里宾著有50多部和作品，其中的三部曲《薛定谔之猫探秘》、《双螺旋探秘》和《大爆炸探秘》尤为脍炙人口。此外，他还与妻子合著了一系列著名科学家的传记，而反映“科学顽童”费曼科学生涯的《迷人的科学风采——费曼传》更是广受好评。他还撰写了许多畅销书，其中包括《深奥的简洁》《欧米伽点》《大爆炸之探索》《起始》《宇宙指南》和《Q代表量子》。他的书已被译成多种语言，并在英国和得过奖。

精彩书评

“科普写作的大师”——《星期日泰晤士报》

“格里宾熟练地论述了薛定谔思想的关系和发现,包括他与爱因斯坦的通信,导致著名的“盒子里的猫”思想实验……任何希望在量子物理学里浸淫的人都会享受这种科学肥皂剧。但它是渴望理解科学发现的过程是如何工作的必读之书。”——《新科学家》

精彩书摘

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，就像薛定谔著名的“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完全不可能破解的密码，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就已得到了证明（理查德?费曼是第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非常简单的问题，例如，找出15的所有因数，就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年内计算机世界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世界的本质，在量子世界中，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超越了传统计算机，就像传统计算机曾经远远超越了算盘一样。

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。这就像普通的开关，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，计算机所有的操作就是以适当的方式改变这些开关的设置。当我写这些句子时，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。结果就是：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，量子计算机则完全不同。在量子的世界中，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，就像薛定谔的“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，那我们就有了一个二进制的量子开关。在适当的条件下，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，这样就有了三种可能性！

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，这样的量子开关就叫做量子位元，全称是“quantum bit”，读作“Cubit”，和圣经中的长度单位“肘”（Cubit）同音。量子位元就是指本书标题中的“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），你就需要四对数字，即一个字节。但是只需要两个量子位元就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，一个量子字节中就可以存储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，就像我们有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当于一台传统计算机10万亿次浮点运算的能力（可以每秒进行万亿次浮点运算）— 这个速度超过今天的传统台式计算机一万倍，今天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——让不同的宇宙以适当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。世界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。

探索微观世界的奥秘：一本关于量子计算的书籍简介我们的世界，从浩瀚的星辰到微小的原子，都遵循着一套深刻而迷人的物理定律。其中，量子力学更是揭示了物质在最基本层面的奇异行为——粒子可以同时处于多种状态，它们之间的联系可以超越时空的界限，甚至观测行为本身都会影响结果。长期以来，人类的计算能力虽然突飞猛进，但始终受限于经典物理学的规则。然而，随着我们对量子世界的理解日益深入，一种全新的计算范式正悄然兴起，它承诺将突破现有技术的瓶颈，开启前所未有的计算可能性。这本书，正是为了带领读者踏上这场激动人心的探索之旅。它将从一个宏大的视角出发，追溯计算机科学发展的脉络，从早期那些占据整个房间、耗费巨额能源的“巨人计算机”，一路讲述到今天我们手中轻巧便携的设备。然而，本书的核心并非仅仅是回顾历史，而是着眼于未来，聚焦于一种颠覆性的技术——量子计算。我们将首先深入浅出地介绍量子力学的基本原理，为理解量子计算奠定坚实的基础。这部分内容将避开过于枯燥的数学推导，而是侧重于概念的理解。我们会探讨“量子叠加”这一令人着迷的现象，它允许一个量子比特（qubit）同时表示0和1，而不仅仅是0或1。想象一下，一个普通的开关要么开，要么关，但一个量子开关却可以同时处于“微开”和“微关”的各种状态，而且是所有这些状态的组合。这种能力的叠加，为量子计算机带来了指数级的并行处理潜力。接着，我们将揭示“量子纠缠”的神秘面纱。爱因斯坦曾将其称为“幽灵般的超距作用”，它描述了两个或多个量子粒子之间一种奇特而深刻的关联。即使相隔遥远，一个纠缠粒子的状态被测量后，另一个粒子的状态也会瞬时确定，这种联系似乎不受时空限制。在量子计算中，这种纠缠性是构建强大计算能力的关键资源之一，它能够实现经典计算机无法比拟的信息处理方式。在理解了这些量子力学的基石之后，我们将自然而然地引出“量子比特”（qubit）的概念，这是量子计算的基本信息单元。它与我们熟悉的经典比特（bit）有着本质的区别。一个经典比特只能表示0或1，而一个量子比特则可以利用量子叠加和纠缠的特性，表示0、1，或者0和1的任意组合。这就像是，经典比特只能是一个独立的开关，而量子比特则可以是一个由无数个不同开合程度的开关组成的集合，而且这些开关之间还可以相互影响，相互连接。本书将详细阐述量子计算机的工作原理，包括如何编码信息到量子比特中，如何通过“量子门”对量子比特进行操作，以及如何从量子计算机中提取计算结果。我们将介绍几种主要的量子计算模型，例如基于超导电路的量子计算机、基于离子阱的量子计算机、以及基于拓扑量子计算的探索等。虽然这些技术的实现方式各不相同，但它们都依赖于对量子现象的精准控制和操纵。一个重要的篇章将致力于探讨量子计算机的潜力与应用。我们将深入分析量子计算机在特定问题上的优势，例如：药物发现与材料科学：通过模拟分子的量子行为，量子计算机有望加速新药的研发过程，设计出具有革命性性能的新材料。想象一下，我们不再需要通过耗时耗力的实验来试错，而是可以利用量子计算机精确地模拟分子之间的相互作用，从而预测其性质和反应。优化问题：许多现实世界中的复杂问题，如物流路径优化、金融投资组合管理、以及交通流量调度等，都可以归结为优化问题。量子算法，如量子退火和 Grover 算法，在解决某些类型的优化问题上展现出超越经典算法的巨大潜力，能够找到比经典算法更优的解决方案，或者以更快的速度找到解决方案。密码学：量子计算的发展对当前的加密技术构成了潜在威胁。Shor 算法可以在多项式时间内分解大数，这将破解目前广泛使用的 RSA 加密算法。因此，研究和发展“后量子密码学”也成为了一个紧迫的课题，本书将对此进行探讨，并介绍一些能够抵御量子攻击的新型加密方法。人工智能与机器学习：量子计算有望为人工智能领域带来新的突破。例如，量子机器学习算法可以处理更大规模的数据集，发现更复杂的模式，并加速模型的训练过程。这可能会催生出更智能、更强大的 AI 系统。当然，量子计算的发展并非一帆风顺。本书也会客观地审视当前量子计算面临的挑战和瓶颈。我们将讨论“退相干”问题，即量子比特对环境干扰的敏感性，这会导致量子信息的丢失和计算的错误。同时，我们还会探讨量子纠错的复杂性，以及如何构建大规模、容错的量子计算机。这些是当前量子计算研究领域最活跃、也最困难的方向。本书还将展望量子计算的未来发展趋势。我们将讨论不同技术路线的竞争与融合，以及未来量子计算机的可能形态。或许在不久的将来，我们就能看到专门的量子计算服务，如同现在的云计算一样，为科研人员和企业提供强大的计算能力。这本书的设计目标是为广泛的读者群体提供一个全面而深入的理解。无论您是物理学爱好者，计算机科学专业的学生，还是对前沿科技充满好奇的普通读者，都能在这本书中找到引人入胜的内容。我们力求用清晰的语言、生动的比喻来解释抽象的概念，让您在轻松愉快的阅读过程中，逐步掌握量子计算的核心思想，并对其未来的无限可能充满期待。从“巨人计算机”时代的庞大身躯，到微观世界中“量子比特”的翩跹起舞，人类的计算能力一直在不断进化。量子计算，作为这场进化浪潮中最具颠覆性的力量之一，正以前所未有的方式重塑着我们对计算和世界的认知。翻开这本书，让我们一同潜入量子计算的奇妙世界，去探索那些曾经被认为是科幻，而今正一步步变为现实的未来。

用户评价

评分☆☆☆☆☆

这部作品的叙事结构极其新颖，它没有采取传统的教科书式线性推进，反而像是一部精心编排的科幻史诗。作者似乎对信息技术发展的脉络有着深刻的洞察，将早期的巨型机时代描绘得如同工业革命的恢弘序章，那种对物理极限的挑战和对算力无止境的渴求，被刻画得淋漓尽致。阅读过程中，我仿佛能闻到老式机房里特有的油墨和散热风扇混合的味道，感受到工程师们那种近乎于宗教般的虔诚。特别值得称道的是，书中对理论物理学概念的引入，处理得非常巧妙，它没有直接抛出复杂的数学公式，而是通过一系列生动的故事和类比，将那些抽象的量子现象，比如叠加态和纠缠，转化为读者可以直观感受的画面。这种“软着陆”的叙事策略，极大地降低了入门门槛，使得即便是对高深物理知之甚少的读者也能跟上节奏，并对后续的量子理论构建产生强烈的求知欲。整体而言，它更像是一部技术演化史诗，而非冰冷的学术论著，这一点非常吸引我。

评分☆☆☆☆☆

从结构上看，这部作品展现了极高的组织智慧，它巧妙地在宏观历史回顾和微观技术细节之间找到了一个完美的支点。开头部分的铺垫，像是为一场盛大的宴会拉开了序幕，从图灵时代的计算理论源头追溯，逐步将读者的视野聚焦到二十世纪后半叶物理学分支中孕育出的全新计算范式。但真正精彩的部分在于，它对量子计算的实际应用场景进行了极其富有洞察力的描绘。它没有停留在量子化学模拟这类常见的例子上，而是深入探讨了量子优化、金融建模乃至材料科学的突破潜力。更重要的是，作者不仅描述了“能做什么”，还花了大量篇幅探讨了“为什么是它能做”。这种对底层逻辑的追问，使得全书的深度远远超越了一般的科普读物，它提供了一种理解未来技术迭代的底层逻辑框架，让我对信息技术未来的发展方向有了更宏观的把握，不仅仅停留在对某个具体算法的了解上。

评分☆☆☆☆☆

我个人尤其欣赏作者在探讨“未来愿景”时所展现出的那种审慎的乐观主义。许多关于量子技术的书籍，往往会陷入技术狂热的泥潭，过分夸大其短期潜力，但这本书却保持了一种难得的老派学者的克制。它详尽地剖析了实现可扩展、容错量子计算所面临的工程学噩梦——从退相干到比特的操控精度，每一个细节都被无情地摊开来讨论。这种对“不可能”的坦诚，反而给了我更坚实的基础去理解“可能”的价值。书中对不同量子比特架构（如超导、离子阱、拓扑）的优缺点对比分析，做到了百科全书式的详尽，但其笔触丝毫没有枯燥感。它不是在推销某一种技术路线的优越性，而是在描绘整个前沿科学领域的一场多维度的智力角力。这种平衡了理想与现实的论述方式，让读者在心潮澎湃之余，也能保持清醒的头脑，明白我们距离“量子霸权”还有多远的路要走。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常具有画面感和节奏感，这在技术科普类书籍中是相当罕见的。作者似乎深谙“慢工出细活”的道理，对于关键概念的铺陈，采用了“雕刻”而非“堆砌”的方式。例如，当首次引入“量子纠缠”这一核心概念时，他没有急于进入数学描述，而是用了一整章的篇幅，通过历史上的思想实验和人物间的对话，来构建一种神秘而又无可辩驳的物理实在感。阅读时，我经常需要停下来，不是因为内容太难，而是因为作者对某些意象的描绘太过精准，让人忍不住要在脑海中反复播放这段“场景”。这种文学性的表达，有效地将晦涩的物理学概念“人格化”了，使得理论不再是冷冰冰的定律集合，而更像是自然界中具有生命力的奇特现象。对于习惯了传统理工科书籍那种直白叙事的读者来说，这种细腻的笔触无疑带来了一次极为愉悦的阅读体验。

评分☆☆☆☆☆

我发现这本书最令人耳目一新的地方，在于其对于“计算哲学”的探讨。它远不止于讲解“如何构建一个量子比特”，而是深入挖掘了“量子比特”这个概念对我们传统计算思维的颠覆性意义。作者似乎在质疑：如果我们不再依赖非黑即白的布尔逻辑，而是拥抱概率和叠加态，那么我们对“解决问题”本身的定义是否也会随之改变？书中关于量子算法的介绍，侧重于它们如何“绕过”了经典计算必须经历的指数级搜索空间，这背后蕴含着一种全新的、更高效的认识世界的方式。这种哲学层面的思辨，使得阅读过程充满了智力上的刺激。它迫使读者跳出习惯的思维定势，去想象一种全新的“思考模式”，这才是真正体现了量子计算颠覆性力量的地方——它不仅是工具的升级，更是心智模式的重塑。

评分☆☆☆☆☆

对我的工作非常有参考价值，很好。

评分☆☆☆☆☆

还可以，内容略老，但还有点意思。

评分☆☆☆☆☆

装帧精良，印刷质量不错

评分☆☆☆☆☆

此用户未填写评价内容

评分☆☆☆☆☆

很好

评分☆☆☆☆☆

此用户未填写评价内容