編輯推薦

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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》

目錄

第一部分： 計算 001

第一章 圖靈和圖靈機 003

第二章 馮·諾依曼和計算機 039

第一個插麯：傳統計算機的局限性 069

第二部分：量子 073

第三章 費曼和量子 075

第四章 貝爾偵破糾結之網 103

第二個插麯：量子計算機的局限性 135

第三部分：用量子進行運算 139

第五章 多伊奇和多重宇宙 141

第六章 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

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。

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好書，及時拜讀，受益匪淺！

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很特彆的寬度，還沒看

挺有意思的一本科普書。

好書，值得推薦