量子計(jì)算與編程入門

目錄
序
前言
第1章 背景知識 1
1.1 三問量子計(jì)算 1
1.1.1 什么是量子計(jì)算 1
1.1.2 為什么我們需要量子計(jì)算 2
1.1.3 什么樣的機(jī)構(gòu)參與量子計(jì)算的研發(fā) 8
1.2 量子計(jì)算的發(fā)展歷史 11
1.2.1 量子力學(xué)的發(fā)展 11
1.2.2 量子計(jì)算的發(fā)展 21
1.3 量子計(jì)算軟件介紹 25
1.3.1 量子語言 25
1.3.2 量子軟件開發(fā)包 26
1.3.3 量子云平臺 27
第2章 量子計(jì)算基礎(chǔ) 29
2.1 量子力學(xué)基礎(chǔ)理論 29
2.1.1 量子系統(tǒng) 29
2.1.2 觀測量和計(jì)算基下的測量 39
2.1.3 復(fù)合系統(tǒng)與聯(lián)合測量 42
2.2 量子程序 45
2.2.1 量子計(jì)算原理 45
2.2.2 量子計(jì)算的if和 while 62
第3章 量子計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ) 66
3.1 量子芯片 66
3.1.1 超導(dǎo)量子芯片 66
3.1.2 半導(dǎo)體量子芯片 69
3.1.3 其他類型體系的量子計(jì)算體系 71
3.2 量子計(jì)算機(jī)硬件 77
3.2.1 量子芯片支持系統(tǒng) 78
3.2.2 量子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 80
3.3 量子計(jì)算機(jī) 85
3.3.1 量子計(jì)算機(jī)整體架構(gòu) 85
3.3.2 量子程序架構(gòu)(設(shè)備代碼的架構(gòu)) 86
第4章 量子算法與編程 90
4.1 量子軟件開發(fā)環(huán)境 90
4.1.1 QPanda 90
4.1.2 QRunes 96
4.1.3 本源量子云平臺 97
4.2 量子算法簡介 98
4.2.1 概述 98
4.2.2 量子-經(jīng)典混合算法 98
4.3 Deutsch-Jozsa算法 100
4.3.1 在本源量子云平臺上實(shí)現(xiàn)D-J算法 102
4.3.2 在QPanda上實(shí)現(xiàn)D-J算法 109
4.4 Grover搜索算法 115
QPanda實(shí)現(xiàn)Grover算法的代碼示例 119
4.5 QAOA 123
4.5.1 大切割問題 123
4.5.2 布爾可滿足性問題 126
4.5.3 組合優(yōu)化問題 127
4.5.4 近似優(yōu)化算法 128
4.5.5 泡利算符 128
4.5.6 哈密頓量 135
4.5.7 算法原理 144
4.5.8 QAOA綜合示例 150
4.6 VQE算法 155
4.6.1 計(jì)算化學(xué) 156
4.6.2 量子化學(xué) 159
4.6.3 量子化學(xué)模擬 160
4.6.4 費(fèi)米子哈密頓量 163
4.6.5 算法原理 177
4.6.6 綜合示例 196
4.7 Shor分解算法 205
4.7.1 加密與解密 205
4.7.2 RSA加密算法 207
4.7.3 量子邏輯電路及量子傅里葉變換 212
4.7.4 算法原理 225
4.7.5 pyQPanda中的示例 239
第5章 量子計(jì)算前沿話題 251
5.1 利用QPanda測試量子系統(tǒng)噪聲 251
5.1.1 量子噪聲 251
5.1.2 含噪聲量子虛擬機(jī) 253
5.2 量子機(jī)器學(xué)習(xí) 269
5.3 使用單振幅和部分振幅量子虛擬機(jī) 281
5.3.1 單振幅量子虛擬機(jī) 281
5.3.2 部分振幅量子虛擬機(jī) 283
5.4 將量子程序編譯到不同的量子芯片上 285
附錄 294
附錄A 量子計(jì)算數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 294
A.1 概述 294
A.2 集合與映射 294
A.3 向量空間 300
A.4 矩陣與矩陣的運(yùn)算 308
A.5 矩陣的特征 311
A.6 矩陣的函數(shù) 314
A.7 線性算子與矩陣表示 315
附錄B 量子編程工具的安裝與配置 320
B.1 QPanda 320
B.2 pyQPanda 330
B.3 Qurator 330
B.4 量子學(xué)習(xí)機(jī) 339
附錄C 量子化學(xué)工具的安裝與使用 351
C.1 PSI4的安裝與使用 351
C.2 可視化化學(xué)模擬軟件ChemiQ安裝與使用 351
C.3 ChemiQ接口介紹與使用 360
C.4 非梯度下降算法實(shí)現(xiàn)VQE算法代碼示例 363
參考文獻(xiàn) 374
后記 378