量子计算与编程入门

本书是关于量子计箅与编程人门的专业书籍，书中详细介绍了量子计箅的背景知识、基础概念、实现的硬件基础和一些重要量子算法的编程。全书共5章，主要内容包括：背景知识、量子计箅基础、量子计算机硬件基础、量子算法与编程、量子计箅前沿话题，书末附有量子计算数学基础、量子编程工具的安装与配置、量子化学工具的安装与使用。本书可作为量子计箅与编程的人门书籍，供量子计算爱好者学习和了解未来科技发展方向；亦可作为量子计算人门课程的教程或参考书，供研究生、教师和科研人员阅读参考。

序
前言
第1章背景知识1
1.1三问量子计算1
1.1.1什么是量子计算1
1.1.2为什么我们需要量子计算2
1.1.3什么样的机构参与量子计算的研发8
1.2量子计算的发展历史11
1.2.1量子力学的发展11
1.2.2量子计算的发展21
1.3量子计算软件介绍25
1.3.1量子语言25
1.3.2量子软件开发包26
1.3.3量子云平台27
第2章量子计算基础29
2.1量子力学基础理论29
2.1.1量子系统29
2.1.2观测量和计算基下的测量39
2.1.3复合系统与联合测量42
2.2量子程序45
2.2.1量子计算原理45
2.2.2量子计算的if和while62
第3章量子计算机硬件基础66
3.1量子芯片66
3.1.1超导量子芯片66
3.1.2半导体量子芯片69
3.1.3其他类型体系的量子计算体系71
3.2量子计算机硬件77
3.2.1量子芯片支持系统78
3.2.2量子计算机控制系统80
3.3量子计算机85
3.3.1量子计算机整体架构85
3.3.2量子程序架构(设备代码的架构)86
第4章量子算法与编程90
4.1量子软件开发环境90
4.1.1QPanda90
4.1.2QRunes96
4.1.3本源量子云平台97
4.2量子算法简介98
4.2.1概述98
4.2.2量子-经典混合算法98
4.3Deutsch-Jozsa算法100
4.3.1在本源量子云平台上实现D-J算法102
4.3.2在QPanda上实现D-J算法109
4.4Grover搜索算法115
QPanda实现Grover算法的代码示例119
4.5QAOA123
4.5.1优选切割问题123
4.5.2布尔可满足性问题126
4.5.3组合很优化问题127
4.5.4近似优化算法128
4.5.5泡利算符128
4.5.6哈密顿量135
4.5.7算法原理144
4.5.8QAOA综合示例150
4.6VQE算法155
4.6.1计算化学156
4.6.2量子化学159
4.6.3量子化学模拟160
4.6.4费米子哈密顿量163
4.6.5算法原理177
4.6.6综合示例196
4.7Shor分解算法205
4.7.1加密与解密205
4.7.2RSA加密算法207
4.7.3量子逻辑电路及量子傅里叶变换212
4.7.4算法原理225
4.7.5pyQPanda中的示例239
第5章量子计算前沿话题251
5.1利用QPanda测试量子系统噪声251
5.1.1量子噪声251
5.1.2含噪声量子虚拟机253
5.2量子机器学习269
5.3使用单振幅和部分振幅量子虚拟机281
5.3.1单振幅量子虚拟机281
5.3.2部分振幅量子虚拟机283
5.4将量子程序编译到不同的量子芯片上285
附录294
附录A量子计算数学基础294
A.1概述294
A.2集合与映射294
A.3向量空间300
A.4矩阵与矩阵的运算308
A.5矩阵的特征311
A.6矩阵的函数314
A.7线性算子与矩阵表示315
附录B量子编程工具的安装与配置320
B.1QPanda320
B.2pyQPanda330
B.3Qurator330
B.4量子学习机339
附录C量子化学工具的安装与使用351
C.1PSI4的安装与使用351
C.2可视化化学模拟软件ChemiQ安装与使用351
C.3ChemiQ接口介绍与使用360
C.4非梯度下降算法实现VQE算法代码示例363
参考文献374
后记378