量子计算机编程：从入门到实践
郑明智 译
出版时间：2021年07月
页数：254
量子计算机将开启一场全新的计算革命，而你现在就可以参与并推动这场革命！运用本书中的知识，你将成为探索量子计算应用的先驱，在连物理学家可能都闻所未闻的领域应用和拓展量子计算技术。
正如学习编程不需要精通晶体管背后的物理学，学习量子计算机编程也不需要精通量子力学。本书以程序员为中心，避开了艰深的数学公式，用直观的圆形表示法阐释了量子计算程序的概念、原理和应用场景。同时，本书提供了在线实验室，你可以一边运行 JavaScript代码，一边观察和思考对应的可视化效果。
● QPU编程：探索量子计算机编程的核心概念，包括如何描绘和操作量子比特，以及如何实现量子隐形传态。
● QPU原语：学习算法原语，包括振幅放大、量子傅里叶变换和量子相位估计。
● QPU应用：研究如何将QPU原语用于构建应用程序，示例包括量子搜索、量子超采样、舒尔分解和量子机器学习。
正如学习编程不需要精通晶体管背后的物理学，学习量子计算机编程也不需要精通量子力学。本书以程序员为中心，避开了艰深的数学公式，用直观的圆形表示法阐释了量子计算程序的概念、原理和应用场景。同时，本书提供了在线实验室，你可以一边运行 JavaScript代码，一边观察和思考对应的可视化效果。
● QPU编程：探索量子计算机编程的核心概念，包括如何描绘和操作量子比特，以及如何实现量子隐形传态。
● QPU原语：学习算法原语，包括振幅放大、量子傅里叶变换和量子相位估计。
● QPU应用：研究如何将QPU原语用于构建应用程序，示例包括量子搜索、量子超采样、舒尔分解和量子机器学习。
- 译者序
- 前言
- 第1章 入门
- 1.1 所需背景
- 1.2 何谓QPU
- 1.3 动手实践
- 1.4 原生QPU指令
- 1.4.1 模拟器的上限
- 1.4.2 硬件的上限
- 1.5 QPU与GPU的共同点
- 第2章 单个量子比特
- 2.1 物理量子比特概览
- 2.2 圆形表示法
- 2.2.1 圆的大小
- 2.2.2 圆的旋转
- 2.3 第一批QPU指令
- 2.3.1 QPU指令：NOT
- 2.3.2 QPU指令：HAD
- 2.3.3 QPU指令：READ和WRITE
- 2.3.4 实践：完全随机的比特
- 2.3.5 QPU指令：PHASE(θ)
- 2.3.6 QPU指令：ROTX(θ)和ROTY(θ)
- 2.4 复制：缺失的指令
- 2.5 组合QPU指令
- 2.6 实践：量子监听检测
- 2.7 小结
- 第3章 多个量子比特
- 3.1 多量子比特寄存器的圆形表示法
- 3.2 绘制多量子比特寄存器
- 3.3 多量子比特寄存器中的单量子比特运算
- 3.4 可视化更多数量的量子比特
- 3.5 QPU指令：CNOT
- 3.6 实践：利用贝尔对实现共享随机性
- 3.7 QPU指令：CPHASE(θ)和CZ
- 3.8 QPU指令：CCNOT
- 3.9 QPU指令：SWAP和CSWAP
- 3.10 构造任意的条件运算
- 3.11 实践：远程控制随机
- 3.12 小结
- 第4章 量子隐形传态
- 4.1 动手尝试
- 4.2 程序步骤
- 4.2.1 步骤1：创建纠缠对
- 4.2.2 步骤2：准备有效载荷
- 4.2.3 步骤3.1：将有效载荷链接到纠缠对
- 4.2.4 步骤3.2：将有效载荷置于叠加态
- 4.2.5 步骤3.3：读取Alice的两个量子比特
- 4.2.6 步骤4：接收和转换
- 4.2.7 步骤5：验证结果
- 4.3 解释结果
- 4.4 如何利用隐形传态
- 4.5 著名的隐形传态事故带来的乐趣
- 第5章 量子算术与逻辑
- 5.1 奇怪的不同
- 5.2 QPU中的算术运算
- 5.3 两个量子整数相加
- 5.4 负整数
- 5.5 实践：更复杂的数学运算
- 5.6 更多量子运算
- 5.6.1 量子条件执行
- 5.6.2 相位编码结果
- 5.7 可逆性和临时量子比特
- 5.8 反计算
- 5.9 QPU中的逻辑运算
- 5.10 小结
- 第6章 振幅放大
- 6.1 实践：在相位和强度之间相互转换
- 6.2 振幅放大迭代
- 6.3 更多迭代？
- 6.4 多个标记值
- 6.5 使用振幅放大
- 6.5.1 作为和估计的AA与QFT
- 6.5.2 用AA加速传统算法
- 6.6 QPU内部
- 6.7 小结
- 第7章 量子傅里叶变换
- 7.1 隐藏模式
- 7.2 QFT、DFT和FFT
- 7.3 QPU寄存器中的频率
- 7.4 DFT
- 7.4.1 实数DFT输入与复数DFT输入
- 7.4.2 DFT一切
- 7.5 使用QFT
- 7.6 QPU内部
- 7.6.1 直观理解
- 7.6.2 逐步运算
- 7.7 小结
- 第8章 量子相位估计
- 8.1 了解QPU运算
- 8.2 本征相位揭示有用信息
- 8.3 相位估计的作用
- 8.4 如何使用相位估计
- 8.4.1 输入
- 8.4.2 输出
- 8.5 使用细节
- 8.5.1 选择输出寄存器的大小
- 8.5.2 复杂度
- 8.5.3 条件运算
- 8.6 实践中的相位估计
- 8.7 QPU内部
- 8.7.1 直观理解
- 8.7.2 逐步运算
- 8.8 小结
- 第9章 真实的数据
- 9.1 非整型数据
- 9.2 QRAM
- 9.3 向量的编码
- 9.3.1 振幅编码的局限性
- 9.3.2 振幅编码和圆形表示法
- 9.4 矩阵的编码
- 9.4.1 QPU运算如何表示矩阵
- 9.4.2 量子模拟
- 第10章 量子搜索
- 10.1 相位逻辑
- 10.1.1 构建基本的相位逻辑运算
- 10.1.2 构建复杂的相位逻辑语句
- 10.2 解决逻辑谜题
- 10.3 求解布尔可满足性问题的一般方法
- 10.3.1 实践：一个可满足的3-SAT问题
- 10.3.2 实践：一个不可满足的3-SAT问题
- 10.4 加速传统算法
- 第11章 量子超采样
- 11.1 QPU能为计算机图形学做什么
- 11.2 传统超采样
- 11.3 实践：计算相位编码图像
- 11.3.1 QPU像素着色器
- 11.3.2 使用PHASE画图
- 11.3.3 绘制曲线
- 11.4 采样相位编码图像
- 11.5 更有趣的图像
- 11.6 超采样
- 11.7 量子超采样与蒙特卡罗采样
- 11.8 增加颜色
- 11.9 小结
- 第 12章 舒尔分解算法
- 12.1 实践：在QPU上应用舒尔分解算法
- 12.2 算法说明
- 12.2.1 我们需要QPU吗
- 12.2.2 量子方法
- 12.3 逐步操作：分解数字15
- 12.3.1 步骤1：初始化QPU寄存器
- 12.3.2 步骤2：扩展为量子叠加态
- 12.3.3 步骤3：条件乘2
- 12.3.4 步骤4：条件乘4
- 12.3.5 步骤5：QFT
- 12.3.6 步骤6：读取量子结果
- 12.3.7 步骤7：数字逻辑
- 12.3.8 步骤8：检查结果
- 12.4 使用细节
- 12.4.1 求模
- 12.4.2 时间与空间
- 12.4.3 除了2以外的互质
- 第 13章 量子机器学习
- 13.1 求解线性方程组
- 13.1.1 线性方程组的描述与求解
- 13.1.2 用QPU解线性方程组
- 13.2 量子主成分分析
- 13.2.1 传统主成分分析
- 13.2.2 用QPU进行主成分分析
- 13.3 量子支持向量机
- 13.3.1 传统支持向量机
- 13.3.2 用QPU实现支持向量机
- 13.4 其他机器学习应用
- 第 14章 保持领先：文献指引
- 14.1 从圆形表示法到复向量
- 14.2 与术语有关的一些细节和注意事项
- 14.3 测量基
- 14.4 门的分解与编译
- 14.5 隐形传态门
- 14.6 QPU名人堂
- 14.7 竞赛：量子计算机与传统计算机
- 14.8 基于oracle的算法研究
- 14.8.1 Deutsch-Jozsa算法
- 14.8.2 Bernstein-Vazirani算法
- 14.8.3 Simon算法
- 14.9 量子编程语言
- 14.10 量子模拟的前景
- 14.11 纠错与NISQ设备
- 14.12 进一步学习
- 14.12.1 出版物
- 14.12.2 课程讲义
- 14.12.3 在线资源
书名：量子计算机编程：从入门到实践
译者：郑明智 译
国内出版社：人民邮电出版社
出版时间：2021年07月
页数：254
书号：978-7-115-56635-5
原版书书名：Programming Quantum Computers
原版书出版商：O'Reilly Media
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