量子計(jì)算是一門(mén)新興的科學(xué),是研究如何利用微觀世界小粒子的量子性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)超當(dāng)前先進(jìn)的超級(jí)計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的科學(xué)。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),越來(lái)越多的科學(xué)家、政府、科技企業(yè)認(rèn)識(shí)到量子計(jì)算的重要性,認(rèn)為它很可能會(huì)代領(lǐng)人類社會(huì)的新一輪科技革命。
《小量子大計(jì)算/前沿科技普及叢書(shū)》用通俗的語(yǔ)言講述量子計(jì)算是什么、能做些什么、有哪些機(jī)遇和挑戰(zhàn),希望能幫助廣大青少年了解這一前言科學(xué)領(lǐng)域、進(jìn)而激發(fā)起對(duì)量子計(jì)算的濃厚興趣。
微觀世界的小粒子具有大本領(lǐng),它們的“量子”特性能夠給人類帶來(lái)的強(qiáng)大計(jì)算能力,當(dāng)前的超級(jí)計(jì)算機(jī)都無(wú)法與之比擬!缎×孔哟笥(jì)算/前沿科技普及叢書(shū)》向青少年介紹量子計(jì)算這一奇妙而激動(dòng)人心的前沿科學(xué),使之對(duì)量子計(jì)算的起源、原理和應(yīng)用有一個(gè)全面而清晰的了解,并以此啟迪科學(xué)的思維和創(chuàng)造的興趣。主要內(nèi)容包括:計(jì)算的概念及其與日常生活的相關(guān)性、當(dāng)前計(jì)算機(jī)的發(fā)展瓶頸和量子計(jì)算思想的緣起、量子是什么及怎樣用來(lái)計(jì)算、量子計(jì)算強(qiáng)大在哪里(量子算法、量子模擬、量子精密測(cè)量)、怎樣建造一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)、懸而未決的問(wèn)題和留給讀者們的機(jī)遇。
現(xiàn)代科學(xué)告訴我們,物質(zhì)世界由各種各樣的微小粒子組成,如原子、電子、光子等。這些粒子如此小,以至于我們無(wú)法用肉眼看見(jiàn)它們。
在日常生活中,我們看到、觸摸到的物體都是由大量的小粒子以各種方式集合在一起構(gòu)成的。這些粒子不僅很小,還很“古怪”,“行事風(fēng)格”與宏觀世界的物質(zhì)特性大相徑庭,以至于物理學(xué)家們不得不在經(jīng)典力學(xué)之外,專門(mén)建立一套量子力學(xué)理論來(lái)研究它們。它們到底有多怪甲咱們先賣(mài)個(gè)關(guān)子。量子力學(xué)理論創(chuàng)始人之一的尼爾斯·玻爾說(shuō):“誰(shuí)要是不對(duì)量子力學(xué)感到困惑,他一定是不懂它”
小粒子們雖然古怪,但是還是挺有用的。實(shí)際上,激光、半導(dǎo)體、核磁共振都跟它們的量子性質(zhì)有關(guān)。如果你以為它們只有這些本領(lǐng),那你就大錯(cuò)特錯(cuò)了,這些應(yīng)用僅僅是皮毛而已。最近二十多年來(lái),隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,科學(xué)家借助儀器,不僅可以?吹健毙×W,還能夠“摸到”它們,改變它們的行為。這種從被動(dòng)觀察到主動(dòng)控制的研究手段轉(zhuǎn)變,使得科學(xué)家可以挖掘出更多的量子性質(zhì)來(lái)為人類所用,這被稱為“第二次量子革命”。
本書(shū)介紹了其中的一個(gè)主要方向——怎樣利用量子的性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)比當(dāng)前最先進(jìn)的超級(jí)計(jì)算機(jī)還要高級(jí)許多的量子計(jì)算。
“自古英雄出少年”,青少年雖然年紀(jì)小,但不可小視哦l我想大家一定都贊同這句話。所以,我們也一定不能小瞧這些小粒子。接下來(lái),就讓我們一起來(lái)看看小量子如何實(shí)現(xiàn)大計(jì)算。
前言
第1講 量子科技革命的前夜
第2講 與經(jīng)典分道揚(yáng)鑣的量子
1.量子登場(chǎng)
2.量子力學(xué)的建立:年輕天才們的貢獻(xiàn)
3.量子是什么
4.量子的神奇特性
5.量子的未解之謎
第3講 計(jì)算與量子的邂逅
1.計(jì)算簡(jiǎn)史
2.摩爾定律和發(fā)展瓶頸
3.量子的由來(lái)
4.量子計(jì)算的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)
第4講 名懷絕技的量子算法
1.DJ算法:小試牛刀
2.格羅弗算法:大海撈針
3.舒爾算法:破解銀行密碼
第5講 用量子計(jì)算機(jī)模擬真實(shí)世界
1.量子模擬的種類
2.量子模擬能做什么
第6講 人工智能量子芯
1.人工智能為什么聰明
2.量子人工智能的發(fā)展
3.量子人工智能算法舉例:識(shí)別手寫(xiě)字符
第7講 量子計(jì)算模式
1.量子線路模擬
2.絕熱量子計(jì)算模式
3.單向量子計(jì)算模式
4.整體控制量子計(jì)算模式
第8講 建造量子計(jì)算
1.鉆石量子比特
2.離子阱量子比特
3.超導(dǎo)量子比特
4.量子九三級(jí)的建造指南
5.挑戰(zhàn)與機(jī)遇
第9講 暢想量子時(shí)代