量子计算实战

在加密、科学建模、制造物流、金融建模和人 工智能等领域，量子计算可以极大提升解决问题的 效率。量子系统正变得越来越强大，逐渐可用于生 产环境。本书介绍了量子计算的思路与应用，在简 要说明与量子相关的科学原理之后，指导读者实现 量子计算算法。本书将带领读者使用基于Java的 Strange量子模拟器编写量子程序，并探索量子位 和量子逻辑门。在介绍标准Java和构建工具创建量 子算法的同时，本书还引入了有趣的示例和深入的 解释。 本书适合对量子计算、量子编程感兴趣的计算 机专业和从业人员，以及其他有？Java编程基础的 人阅读。

约翰·沃斯是Java技术公司Gluo的联合创始人之一、Java Champion称号获得者，获数据挖掘工程硕士学位与应用物理学博士学位。

第1部分 量子计算导论 第1章 进化，革命，还是炒作？ 1.1 期望管理 1.1.1 硬件 1.1.2 软件 1.1.3 算法 1.1.4 为什么现在就开始量子计算？ 1.2 量子计算的颠覆性部分：贴近自然 1.2.1 经典计算机的进化 1.2.2 量子计算机的进化 1.2.3 量子物理 1.3 混合计算 1.4 为量子计算机抽象软件 1.5 从量子到计算还是从计算到量子 本章小结 第2章 “Hello,world”量子计算版 2.1 Strange简介 2.2 用Strange运行第一个示例程序 2.3 分析HelloStrange的代码 2.3.1 构建过程 2.3.2 代码 2.3.3 JavaAPI及其实现 2.4 获取并安装Strange代码 2.4.1 下载代码 2.4.2 初识代码库 2.5 后续步骤 本章小结 第3章 量子位与量子逻辑门：量子计算的基本单元 3.1 经典位与量子位 3.2 量子位的符号表示 3.2.1 一个量子位 3.2.2 多个量子位 3.3 逻辑门：操作和观测量子位 3.4 第1个量子逻辑门：泡利X门 3.5 在Strange中操作量子位 3.5.1 QuantumExecutionEnvironment接口 3.5.2 Program类 3.5.3 Step和逻辑门 3.5.4 结果 3.6 量子电路的可视化 本章小结 第2部分 基本概念及其在编程中的应用 第4章 叠加态 4.1 什么是叠加态？ 4.2 用概率向量表示量子系统的状态 4.3 矩阵门操作简介 4.3.1 泡利X门的矩阵表示 4.3.2 对叠加态的量子位运用泡利X门 4.3.3 适用于所有逻辑门的矩阵 4.4 阿达玛门：产生叠加态的门 4.5 运用阿达玛门的Java代码 本章小结 第5章 纠缠 5.1 预测正反面 5.2 独立概率：经典方式 5.3 独立概率：量子方式 5.4 纠缠的物理概念 5.5 表征量子纠缠的逻辑门 5.5.1 转换为概率向量 5.5.2 受控非门（CNOT门） 5.6 创建贝尔态：相关概率 5.7 《玛丽有个小量子位》 本章小结 第6章 量子网络初探 6.1 量子网络的拓扑结构 6.2 量子网络的障碍 6.2.1 Java中的经典网络 6.2.2 量子不可克隆定理 6.2.3 传输量子位的物理限制 6.3 泡利Z门与观测 6.3.1 泡利Z门 6.3.2 观测 6.4 量子远程传态 6.4.1 量子远程传态的目标 6.4.2 第1步：Alice和Bob之间的纠缠 6.4.3 第2步：Alice的操作 6.4.4 第3步：Bob的操作 6.4.5 运行应用程序 6.4.6 量子与经典通信 6.5 量子中继器 本章小结 第3部分 量子算法与代码 第7章 对“Hello,world”的解释 7.1 从硬件到高级语言 7.2 不同层次的抽象 7.3 量子计算模拟器的其他语言 7.3.1 方式 7.3.2 其他语言资源 7.4 Strange：高低级方法 7.4.1 顶级API 7.4.2 低级API 7.4.3 何时使用何种接口 7.5 StrangeFX：一种开发工具 7.5.1 电路的可视化 7.5.2 调试Strange代码 7.6 使用Strange创建个人电路 7.6.1 量子算术：舒尔算法小引 7.6.2 将两个量子位相加 7.6.3 包含进位位的量子算术 7.6.4 后续步骤 7.7 模拟器、云服务和真正的硬件 本章小结 第8章 利用量子计算的安全通信 8.1 初始启动问题 8.1.1 利用网络传输位的问题 8.1.2 利用一次性密钥确保安全 8.1.3 共享密钥 8.2 量子密钥分配 8.3 朴素方法 8.4 利用叠加态 8.4.1 应用两个阿达玛门 8.4.2 发送叠加态量子位 8.5 BB 8.5.1 迷惑Eve 8.5.2 Bob也迷惑了 8.5.3 Alice和Bob进行通信 8.6 Java中的量子密钥分配 8.6.1 代码 8.6.2 运行应用程序 本章小结 第9章 多伊奇-约萨算法 9.1 当解答不是问题时 9.2 函数的性质 9.3 可逆量子逻辑门 9.3.1 实验证据 9.3.2 数学证明 9.4 定义谕示 9.5 从函数到谕示 9.5.1 常数函数 9.5.2 平衡函数 9.6 多伊奇算法 9.7 多伊奇-约萨算法 9.8 结论 本章小结 第10章 格罗弗搜索算法 10.1 还需要一个新的搜索架构吗？ 10.1.1 传统搜索架构 10.1.2 什么是格罗弗搜索算法？ 10.2 经典搜索问题 10.2.1 通用的准备工作 10.2.2 搜索列表 10.2.3 利用函数搜索 10.3 量子搜索：利用格罗弗搜索算法 10.4 概率与幅值 10.4.1 概率 10.4.2 幅值 10.5 格罗弗搜索背后的算法 10.5.1 运行