书籍摘要

一、书籍基本信息

• 书名：Quantum Computing by Practice: Python Programming in the Cloud with Qiskit and IBM-Q
• 作者：Vladimir Silva
• 出版社：Apress
• 版次：第二版
• 出版时间：2024年
• ISBN：978-1-4842-9990-6（平装本），978-1-4842-9991-3（电子版）

二、作者简介

Vladimir Silva是一位在量子计算领域有着深厚造诣的专家。他拥有系统分析师学位，并在中东田纳西州立大学获得计算机科学硕士学位。Silva曾在IBM担任软件工程师，对量子计算、神经网络和人工智能等领域有着浓厚的兴趣，并持有众多IT认证。他此前还撰写过多本关于分布式计算和安全领域的技术书籍。

三、书籍内容概述

本书是一本面向实践的量子计算编程指南，专注于使用Qiskit和IBM-Q平台在云端进行量子计算的Python编程。作者通过丰富的实例和详细的解释，帮助读者深入理解量子计算的基本概念、核心技术和实际应用。

第一章：量子场论——现实的基石

本章从量子力学的起源讲起，介绍了量子场论（QFT）的发展历程及其在现代物理学中的重要地位。作者详细阐述了量子力学的多种解释，如哥本哈根解释、多世界解释等，并探讨了量子力学与经典物理的差异。此外，还介绍了量子场论中的基本粒子、四种基本力以及标准模型。

第二章：理查德·费曼——量子计算机之父

本章聚焦于量子计算的理论基础和量子计算机的设计原理。作者介绍了费曼对量子计算的贡献，包括量子比特（qubit）的概念、量子叠加和量子纠缠等特性。此外，还探讨了量子计算在密码学、化学和蛋白质折叠等领域的潜在应用。

第三章：量子比特革命

本章深入探讨了量子比特的物理实现和设计。作者介绍了多种构建量子比特的方法，包括超导回路、离子阱、拓扑量子比特等，并对比了它们的优缺点。此外，还介绍了如何使用光学工具和简单的物理实验来构建量子门。

第四章：IBM Quantum——云端量子计算平台

本章详细介绍了IBM Quantum平台的使用方法。读者将学习如何在IBM Quantum上创建量子电路、运行实验以及使用REST API进行远程访问。此外，还介绍了量子纠缠、贝尔态和GHZ态等量子现象的实验验证。

第五章：数学基础——重温线性代数

本章为读者提供了量子计算所需的数学基础，包括矩阵、复数、张量积等概念。作者通过简单的例子和练习，帮助读者理解量子比特的代数表示、量子态的叠加和测量等基本概念。

第六章：Qiskit——量子编程的Python工具包

本章介绍了Qiskit这一强大的Python SDK，用于在云端或本地模拟器中编写量子程序。读者将学习如何安装Qiskit、编写量子程序以及在真实量子设备上运行代码。

第七章：量子随机数生成、量子隐形传态和量子密集编码

本章通过量子随机数生成、量子隐形传态和量子密集编码等实验，展示了量子信息处理的独特能力。读者将学习如何使用Qiskit实现这些量子协议，并分析实验结果。

第八章：量子博弈论——量子力学让胜算永远在你这边

本章探讨了量子力学在博弈论中的应用，通过“假币谜题”和“默林-佩雷斯魔方”等经典问题，展示了量子算法相对于经典算法的优势。

第九章：量子优势——德意志-约萨、伯恩斯坦-瓦齐拉尼和西蒙算法

本章介绍了量子计算中的几个经典算法，包括德意志-约萨算法、伯恩斯坦-瓦齐拉尼算法和西蒙算法。这些算法展示了量子计算在解决特定问题时相对于经典计算的显著优势。

第十章：高级算法——格罗弗搜索和肖尔整数分解

本章介绍了格罗弗搜索算法和肖尔整数分解算法。格罗弗算法能够在无序数据库中快速查找目标项，而肖尔算法则对现代密码学构成了潜在威胁，因为它可以在多项式时间内分解大整数。

第十一章：量子在现实世界中的应用——高级化学和蛋白质折叠

本章探讨了量子计算在化学和生物学中的实际应用，包括分子基态的计算和蛋白质折叠问题。作者通过具体的实验案例，展示了量子计算在这些领域的巨大潜力。

四、总结

《Quantum Computing by Practice: Python Programming in the Cloud with Qiskit and IBM-Q》是一本面向实践的量子计算入门书籍。作者通过丰富的实例和详细的解释，帮助读者从基础理论到实际编程，逐步掌握量子计算的核心概念和技术。无论是计算机科学专业的学生，还是对量子计算感兴趣的自学者，本书都是一本不可多得的实用指南。随着量子计算技术的不断发展，掌握量子编程将成为未来科技领域的重要技能之一，而本书正是通往这一领域的理想起点。