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内容大纲
本书从程序员的角度介绍了量子计算，是一本适合学生和从业人员阅读的入门书籍。书中使用基于Python和C++开发的开源代码库，用完整的数学推导和经典模拟代码解释了超过25种基本算法。
在介绍了量子计算的基础知识后，作者着重讲解了一些基础量子算法和高效模拟它们的基础设施，包括量子隐形传态、超密编码、Bernstein-Vazirani算法和Deutsch-Jozsa算法。高级量子算法的介绍包括量子霸权实验、量子傅里叶变换、相位估计、Shor算法、Grover算法、量子计数、振幅放大、量子随机游走，以及用于门近似的Solovay-Kitaev算法。通过变分量子本征求解器、量子近似优化和NP完备问题的最大割算法以及子集和算法，探索了量子模拟的应用。
书中还探讨了程序员生产力、量子噪声、量子纠错，以及量子编程语言、编译器和工具面临的挑战，最后还详细介绍了用于转译的编译器技术。 -
作者介绍
罗伯特·亨特（Robert Hundt），Google杰出工程师，机器学习编译器的技术负责人。他主导过Google TPU超级计算机、TensorFlow的XLA编译器、开源CUDA编译器的软件开发，还是开源高层次综合工具链XLS的发起人。他拥有38项专利，发表过超过25篇科学论文，是IEEE的高级会员。 -
目录
译者序
前言
致谢
第1章 数学基础
1.1 复数
1.2 狄拉克符号、左矢和右矢
1.2.1 内积
1.2.2 外积
1.3 张量积
1.4 酉矩阵和埃尔米特矩阵
1.5 公式的埃尔米特伴随
1.6 特征值和特征向量
1.7 矩阵的迹
第2章 量子计算基础
2.1 Tensor类
2.2 量子比特
2.3 量子态
2.3.1 量子比特顺序
2.3.2 二进制表示
2.3.3 成员函数
2.3.4 量子态构造函数
2.3.5 密度矩阵
2.4 辅助函数
2.4.1 比特转换
2.4.2 比特迭代
2.5 算子
2.5.1 酉算子
2.5.2 基类
2.5.3 算子的作用
2.5.4 多量子比特
2.5.5 算子填充
2.6 单量子比特门
2.6.1 单位门
2.6.2 Pauli矩阵
2.6.3 旋转
2.6.4 相位门
2.6.5 灵活的相位门
2.6.6 门的平方根
2.6.7 投影算子
2.6.8 Hadamard门
2.7 受控门
2.7.1 受控非门
2.7.2 受控–受控非门
2.7.3 交换门
2.7.4 受控交换门
2.8 量子电路表示方法
2.9 Bloch球
2.10 全局相位
2.11 量子纠缠
2.11.1 直积态
2.11.2 纠缠电路
2.11.3 Bell态
2.11.4 GHZ态
2.11.5 最大纠缠
2.12 量子不可克隆定理
2.13 对消计算
2.14 约化密度矩阵和分迹
2.15 测量
2.15.1 量子力学的基本假设
2.15.2 投影测量
2.15.3 实现
2.15.4 例子
第3章 简单算法
3.1 随机数生成器
3.2 门的等价
3.2.1 门的根的平方就是门
3.2.2 倒转受控非门
3.2.3 受控Z门
3.2.4 非Y门
3.2.5 Pauli矩阵的关系
3.2.6 改变旋转轴
3.2.7 受控–受控门
3.2.8 多重受控门
3.2.9 受控门的等价
3.2.10 交换门
3.3 经典算术
3.4 交换测试
3.5 量子隐形传态
3.6 超密编码
3.7 Bernstein-Vazirani算法
3.8 Deutsch算法
3.8.1 问题：区分两种函数
3.8.2 构造Uf
3.8.3 计算算子
3.8.4 实验
3.8.5 通用oracle算子
3.8.6 Bernstein-Vazirani算法的oracle形式
3.9 Deutsch-Jozsa算法
第4章 可扩展、快速仿真
4.1 仿真复杂性
4.2 量子寄存器
4.3 电路
4.3.1 量子比特
4.3.2 门的作用
4.3.3 门
4.3.4 伴随门
4.3.5 测量
4.3.6 交换算子
4.3.7 多重受控门的构建
4.3.8 例子
4.4 门的快速作用
4.5 加速门的作用
4.5.1 电路的最终实现
4.5.2 过早优化，第一步
4.6 稀疏表示
第5章 超越经典
5.1 1万年、2天还是200s
5.2 量子随机电路算法
5.3 电路构造
5.4 估计
5.5 评估
第6章 复杂算法
6.1 相位反冲
6.2 量子傅里叶变换
6.2.1 二进制分数
6.2.2 相位门
6.2.3 量子傅里叶变换理论
6.2.4 双量子比特量子傅里叶变换
6.2.5 量子傅里叶变换算子
6.2.6 在线模拟
6.3 量子算术
6.4 相位估计
6.4.1 特征值与特征向量
6.4.2 相位估计理论
6.4.3 推导细节
6.4.4 实现
6.5 Shor算法
6.5.1 模运算
6.5.2 最大公因数
6.5.3 因数分解
6.5.4 周期寻找
6.5.5 Playground
6.6 求阶
6.6.1 主程序
6.6.2 支撑程序
6.6.3 模加法
6.6.4 受控模乘法
6.6.5 连分数
6.6.6 实验
6.7 Grover算法
6.7.1 高层次概述
6.7.2 相位反转
6.7.3 关于均值的反转
6.7.4 简单的数字例子
6.7.5 双量子比特的例子
6.7.6 迭代次数
6.7.7 相位反转的实现
6.7.8 相位反转算子
6.7.9 关于均值的反转的实现
6.7.10 关于均值反转的算子
6.7.11 Grover算法的实现
6.8 振幅放大
6.9 量子计数
6.10 量子随机游走
6.10.1 一维游走
6.10.2 付诸行动
6.11 变分量子本征求解器
6.11.1 系统演化
6.11.2 变分原理
6.11.3 用Pauli基测量
6.11.4 VQE算法
6.11.5 测量特征值
6.11.6 多量子比特
6.12 量子近似优化算法
6.13 最大割算法
6.13.1 NP算法的Ising公式
6.13.2 最大割/最小割
6.13.3 构造图
6.13.4 计算最大割
6.13.5 构造哈密顿量
6.13.6 窥视法的VQE
6.14 子集和算法
6.14.1 实现
6.14.2 实验
6.15 Solovay–Kitaev定理与算法
6.15.1 通用门
6.15.2 SU(2)
6.15.3 Bloch球的角度和轴
6.15.4 相似性度量
6.15.5 预计算门
6.15.6 算法
6.15.7 平衡的群交换子
6.15.8 评估
6.15.9 随机门序列
第7章 量子纠错
7.1 量子噪声
7.1.1 量子操作
7.1.2 比特翻转和相位翻转信道
7.1.3 去极化信道
7.1.4 振幅阻尼和相位阻尼
7.1.5 非精确门
7.2 量子纠错理论
7.2.1 量子重复码
7.2.2 纠正比特翻转错误
7.2.3 纠正相位翻转错误
7.3 9量子比特Shor码
第8章 量子编程语言、编译器和工具
8.1 量子编译面临的挑战
8.2 量子编程模型
8.3 量子编程语言
8.3.1 QASM
8.3.2 QCL
8.3.3 Scaffold
8.3.4 Q语言
8.3.5 Quipper
8.3.6 Silq
8.3.7 商业系统
8.4 编译器优化
8.4.1 经典编译器优化
8.4.2 简单门变换
8.4.3 门融合
8.4.4 门调度
8.4.5 窥孔优化
8.4.6 高性能模式库
8.4.7 逻辑到物理的映射
8.4.8 物理门的分解
8.5 转译
8.5.1 中间表示
8.5.2 中间表示节点
8.5.3 中间表示基类
8.5.4 量子电路扩展
8.5.5 电路的电路
8.5.6 代码生成
8.5.7 QASM
8.5.8 LIBQ
8.5.9 Cirq
8.5.10 开源模拟器
附录 稀疏实现
参考文献
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