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圖解量子電腦入門:8堂基礎課程+必懂關鍵詞解說,從計算原理到實務應用、通訊到演算,破解讓人類大躍進的科技新浪潮


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9789862358603
宇津木健,德永裕己(監修)
莊永裕
臉譜
2020年11月07日
140.00  元
HK$ 119
省下 $21
 
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ISBN:9789862358603
  • 叢書系列:科普漫遊
  • 規格:平裝 / 200頁 / 21 x 14.8 x 1.3 cm / 普通級 / 雙色印刷
  • 出版地:台灣
  • 適讀年齡:0歲~99歲
    科普漫遊


  • 電腦資訊 > 電腦硬體 > 其他











    ────科技新顯學,超越人工智慧大未來────

    第一本全面圖解量子電腦本質的專書!

    從古典電腦、超級電腦到量子電腦,從量子通訊、量子計算到量子霸權,

    完整掌握改變世界的量子時代關鍵議題!

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    2016年,歐盟發表「量子宣言」;2018年,美國總統簽署《國家量子計劃法案》;2019年,臺灣大學─IBM量子電腦中心成立……

    科技強權、資訊龍頭全球競逐,量子知識霸權爭奪戰已然開打,各行各業都需要了解量子電腦!

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    ★深入說明量子電腦的原理、量子演算法的運作,第一次學習就上手!

    ★精闢剖析量子電腦的發展沿革、現況與願景,一次弄懂量子電腦的全貌!

    ★涵蓋量子物理、資訊理論、計算機科學尖端研究,貫通量子電腦基礎知識!

    ★圖像化解說關鍵詞彙和重要概念,讓困難的理論變得簡單易懂!

    ★日本尖端研究專家專業分析當下和未來的量子電腦應用!


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    量子電腦紅什麼?

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    量子電腦潛藏著能解開至今電腦無法解決的問題的可能性,對於應用量子電腦的期待日增。另一方面,量子電腦的計算原理與傳統的電腦大相逕庭,奠基於量子力學的基本思考不可或缺,要理解這門學問的門檻比一般IT書高,媒體報導也常未正確傳達量子電腦的資訊。

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    本書從量子電腦受矚目的背景開始分析,關於量子電腦的基礎內容,例如量子位元、量子通訊、量子電路、量子演算法等,都以簡潔易懂的圖解來說明。此外,解說量子電腦的原理,幫助讀者紮實地吸收知識。對於不了解量子電腦原理,或是無法想像開發情境,或者想更早一步獲得最尖端知識的讀者,都能透過本書開始學習量子電腦。

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    使用量子位元為什麼能夠進行「超平行計算」?為什麼可以從龐大的計算結果疊加的狀態下,找出確定的一個解答?全新的原理創造出的量子電腦,遠遠凌駕於現在的超級電腦。

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    不僅是科技戰,開發藥品、了解人類意識運作也關乎量子電腦!

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    關於當紅的科技兵家必爭領域「量子電腦」,提供給初學者解說整體樣貌的書籍仍付之闕如。量子電腦的實用性可應用至多廣的範疇?它是以什麼樣的原理來動作?有哪些操作方式,它們又有何差異?對於這些疑問的解答,僅靠片段的資訊是無法掌握的。

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    量子電腦不同於機器學習或IoT、VR/AR等新世代技術,很難藉由試著做做看來理解。此外,一般的解說書籍往往以比喻的方式來說明量子的性質,很少更進一步詳細解說。

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    本書旨在成為貫通量子電腦的嚮導,含括量子電腦的各類知識。為了讓非專家的讀者無礙地理解,以簡明的方式解說相關詞彙和重要概念。從最入門至較深入的內容,透過圖像化的說明,讓困難的理論變得容易了解。


     





    前言

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    【第1章】? 量子電腦入門

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    1.1 量子電腦是什麼?

    1.1.1 所謂計算是什麼?

    1.1.2 電腦的局限

    1.1.3 所謂量子電腦是什麼?

    1.1.4 量子電腦與古典電腦

    1.1.5 量子電腦的種類

    1.1.6 量子計算模型的種類

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    1.2  量子電腦的基礎

    1.2.1 量子電腦的運作流程

    1.2.2 量子電腦的開發路線圖

    1.2.3 從范紐曼架構到非范紐曼架構電腦

    1.2.4 非古典電腦

    1.2.5 非通用量子電腦

    1.2.6? ? NISQ

    1.2.7??? 通用量子電腦

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    1.3 量子電腦的遠景

    1.3.1 量子電腦的現況

    1.3.2 量子電腦的用途

    1.3.3?? 未來計算機環境的想像

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    【第2章】? 對量子電腦的期待

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    2.1? 古典電腦不擅長的問題為何?

    2.1.1 可在多項式時間內解決的問題

    2.1.2 尚未找到多項式時間解法的問題

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    2.2 量子電腦擅長的問題為何?

    2.2.1 量子電腦可發揮長處的問題

    2.2.2 期待不久的將來可達成的效果

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    2.3 受到矚目的背景



    【第3章】? 量子位元

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    3.1 古典位元與量子位元


    3.1.1 古典電腦的資訊最小單位「古典位元」

    3.1.2 量子電腦的資訊最小單位「量子位元」

    3.1.3 疊加態的表示法

    3.1.4 量子位元的測量

    3.1.5 箭號的投影與測量機率

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    3.2 量子力學與量子位元

    3.2.1 古典物理學與量子物理學

    3.2.2 古典計算與量子計算

    3.2.3 量子力學的開端:電子與光

    3.2.4?? 波的性質與粒子的性質

    3.2.5?? 量子位元的波與粒子的性質

    3.2.6?? 量子位元的測量機率

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    3.3 量子位元的表示法

    3.3.1 表示量子態的符號(狄拉克符號)

    3.3.2 表示量子態的圖(布洛赫球)

    3.3.3 以波表示量子位元

    3.3.4 多個量子位元的表示法

    3.3.5 總結

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    【第4章】? 量子閘入門

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    4.1 量子閘是什麼?


    4.1.1 古典電腦:邏輯閘

    4.1.2 ? 量子電腦:量子閘

    4.1.3?? 單一量子位元閘

    4.1.4?? 多量子位元閘

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    4.2 量子閘的運作

    4.2.1  X閘(位元反轉閘)

    4.2.2  Z閘(相位反轉閘)

    4.2.3? ? H閘(哈達馬閘)

    4.2.4??? 作用於雙量子位元的CNOT閘(受控反閘)

    4.2.5??? 使用H閘與CNOT閘的量子纏結態生成

    4.2.6??? 測量(依計算基底的測量)

    4.2.7??? 量子纏結態的性質

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    4.3 量子閘的組合

    4.3.1 SWAP電路

    4.3.2 加法電路

    4.3.3 使用加法電路的平行計算

    4.3.4 可逆計算



    【第5章】? 量子電路入門

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    5.1 量子遙傳


    5.1.1 狀況設定

    5.1.2 量子纏結態的雙量子位元

    5.1.3 量子遙傳

    5.1.4?? 以量子電路表現

    5.1.5?? 量子遙傳的特徵

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    5.2 高速計算的機制

    5.2.1 波的干涉

    5.2.2 同時維持所有狀態:疊加態

    5.2.3?? 機率幅的增幅與結果的測量

    5.2.4?? 量子電腦高速計算範例:發現隱藏週期性

    5.2.5?? 量子纏結態

    5.2.6?? 總結



    【第6章】? 量子演算法入門

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    6.1 量子演算法的現況


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    6.2 Grover演算法(格魯弗演算法)

    6.2.1 概要

    6.2.2 量子電路

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    6.3 ?Shor演算法(秀爾演算法)

    6.3.1 概要

    6.3.2 計算方法

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    6.4 量子古典混合演算法

    6.4.1 量子化學計算

    6.4.2? ?VQE(變分量子特徵值求解演算法)

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    6.5 圍繞量子電腦的系統



    【第7章】? 量子退火

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    7.1? Ising模型(易辛模型)


    7.1.1 自旋與量子位元

    7.1.2 在Ising模型的交互作用

    7.1.3?? 不穩定的狀態,阻挫

    7.1.4 ? Ising模型的能量

    7.1.5?? 找出Ising模型基底態的問題

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    7.2 組合最佳化問題與量子退火

    7.2.1 什麼是組合最佳化問題?

    7.2.2 用於組合最佳化的Ising模型

    7.2.3 組合最佳化問題的框架

    7.2.4 組合最佳化問題的解法

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    7.3 模擬退火

    7.3.1 Ising模型基底態的探索

    7.3.2?? 能量景觀

    7.3.3?? 梯度下降法與區域最小值

    7.3.4?? 模擬退火

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    7.4 量子退火

    7.4.1 量子退火的定位

    7.4.2?? 量子退火的計算方法1:初始化

    7.4.3?? 量子退火的計算方法2:退火操作

    7.4.4?? 突破能量的壁壘

    7.4.5?? 量子退火快上1億倍?

    7.4.6?? 量子退火機的實際狀況

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    【第8章】? 量子位元的製作方法

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    8.1 量子電腦的性能指標

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    8.2 量子位元的實現方式

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    8.3 超導電路


    8.3.1 以超導電路實現量子位元

    8.3.2 約瑟芬接合

    8.3.3?? transmon與磁通量量子位元

    8.3.4?? NISQ的量子霸權實證

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    8.4 離子阱╱冷卻原子

    8.4.1 使用離子阱的量子位元

    8.4.2 使用冷卻中性原子的量子位元

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    8.5 半導體量子點

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    8.6 鑽石NV中心

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    8.7 使用光的量子位元


    8.7.1 使用光子的量子計算

    8.7.2 使用連續量的量子計算

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    8.8 拓撲超導體

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    結語

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    COLUMN

    通往量子電腦誕生之路

    計算量理論

    量子錯誤更正

    何謂量子計算的通用性?

    量子力學測量的不可思議

    量子電路模型以外的量子計算模型

    量子退火機以外的退火機

    純粹態與混合態

    量子電腦計算方法總結




    其 他 著 作