譯者序 xi 前言 xiii 第 1章　入門 1 1.1　所需背景 1 1.2　何謂QPU 2 1.3　動(dòng)手實(shí)踐 3 1.4　原生QPU指令 6 1.4.1　模擬器的上限 7 1.4.2　硬件的上限 7 1.5　QPU與GPU的共同點(diǎn) 8 第 2章　單個(gè)量子比特 11 2.1　物理量子比特概覽 12 2.2　圓形表示法 15 2.2.1　圓的大小 15 2.2.2　圓的旋轉(zhuǎn) 16 2.3　第 一批QPU指令 17 2.3.1　QPU指令：NOT 17 2.3.2　QPU指令：HAD 18 2.3.3　QPU 指令：READ和WRITE 19 2.3.4　實(shí)踐：完全隨機(jī)的比特 20 2.3.5　QPU 指令：PHASE(θ) 23 2.3.6　QPU 指令：ROTX(θ) 和ROTY(θ) 23 2.4　復(fù)制：缺失的指令 24 2.5　組合QPU 指令 24 2.6　實(shí)踐：量子監(jiān)聽(tīng)檢測(cè) 27 2.7　小結(jié) 30 第3章　多個(gè)量子比特 31 3.1　多量子比特寄存器的圓形表示法 31 3.2　繪制多量子比特寄存器 34 3.3　多量子比特寄存器中的單量子比特運(yùn)算 34 3.4　可視化更多數(shù)量的量子比特 37 3.5　QPU 指令：CNOT 38 3.6　實(shí)踐：利用貝爾對(duì)實(shí)現(xiàn)共享隨機(jī)性 41 3.7　QPU 指令：CPHASE(θ) 和CZ 42 3.8　QPU 指令：CCNOT 45 3.9　QPU 指令：SWAP 和CSWAP 46 3.10　構(gòu)造任意的條件運(yùn)算 50 3.11　實(shí)踐：遠(yuǎn)程控制隨機(jī) 53 3.12　小結(jié) 55 第4章　量子隱形傳態(tài) 56 4.1　動(dòng)手嘗試 56 4.2　程序步驟 61 4.2.1　步驟1：創(chuàng)建糾纏對(duì) 61 4.2.2　步驟2：準(zhǔn)備有效載荷 62 4.2.3　步驟3.1：將有效載荷鏈接到糾纏對(duì) 62 4.2.4　步驟3.2：將有效載荷置于疊加態(tài) 63 4.2.5　步驟3.3：讀取Alice 的兩個(gè)量子比特 64 4.2.6　步驟4：接收和轉(zhuǎn)換 64 4.2.7　步驟5：驗(yàn)證結(jié)果 65 4.3　解釋結(jié)果 66 4.4　如何利用隱形傳態(tài) 67 4.5　著名的隱形傳態(tài)事故帶來(lái)的樂(lè)趣 67 第5章　量子算術(shù)與邏輯 71 5.1　奇怪的不同 71 5.2　QPU 中的算術(shù)運(yùn)算 73 5.3　兩個(gè)量子整數(shù)相加 76 5.4　負(fù)整數(shù) 77 5.5　實(shí)踐：更復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算 78 5.6　更多量子運(yùn)算 79 5.6.1　量子條件執(zhí)行 79 5.6.2　相位編碼結(jié)果 80 5.7　可逆性和臨時(shí)量子比特 82 5.8　反計(jì)算 84 5.9　QPU 中的邏輯運(yùn)算 86 5.10　小結(jié) 88 第6章　振幅放大 89 6.1　實(shí)踐：在相位和強(qiáng)度之間相互轉(zhuǎn)換 89 6.2　振幅放大迭代 92 6.3　更多迭代？ 93 6.4　多個(gè)標(biāo)記值 95 6.5　使用振幅放大 100 6.5.1　作為和估計(jì)的AA 與QFT 100 6.5.2　用AA 加速傳統(tǒng)算法 100 6.6　QPU 內(nèi)部 101 6.7　小結(jié) 103 第7章　量子傅里葉變換 104 7.1　隱藏模式 104 7.2　QFT、DFT 和FFT 106 7.3　QPU 寄存器中的頻率 106 7.4　DFT 110 7.4.1　實(shí)數(shù)DFT 輸入與復(fù)數(shù)DFT 輸入 111 7.4.2　DFT 一切 113 7.5　使用QFT 117 7.6　QPU 內(nèi)部 122 7.6.1　直觀理解 124 7.6.2　逐步運(yùn)算 124 7.7　小結(jié) 128 第8章　量子相位估計(jì) 129 8.1　了解QPU 運(yùn)算 129 8.2　本征相位揭示有用信息 130 8.3　相位估計(jì)的作用 131 8.4　如何使用相位估計(jì) 132 8.4.1　輸入 132 8.4.2　輸出 134 8.5　使用細(xì)節(jié) 135 8.5.1　選擇輸出寄存器的大小 135 8.5.2　復(fù)雜度 136 8.5.3　條件運(yùn)算 136 8.6　實(shí)踐中的相位估計(jì) 136 8.7　QPU 內(nèi)部 137 8.7.1　直觀理解 138 8.7.2　逐步運(yùn)算 139 8.8　小結(jié) 141 第9章　真實(shí)的數(shù)據(jù) 145 9.1　非整型數(shù)據(jù) 146 9.2　QRAM 147 9.3　向量的編碼 150 9.3.1　振幅編碼的局限性 153 9.3.2　振幅編碼和圓形表示法 154 9.4　矩陣的編碼 155 9.4.1　QPU運(yùn)算如何表示矩陣 155 9.4.2　量子模擬 156 第 10章　量子搜索 160 10.1　相位邏輯 161 10.1.1　構(gòu)建基本的相位邏輯運(yùn)算 163 10.1.2　構(gòu)建復(fù)雜的相位邏輯語(yǔ)句 163 10.2　解決邏輯謎題 166 10.3　求解布爾可滿足性問(wèn)題的一般方法 170 10.3.1　實(shí)踐：一個(gè)可滿足的3-SAT問(wèn)題 170 10.3.2　實(shí)踐：一個(gè)不可滿足的3-SAT 問(wèn)題 173 10.4　加速傳統(tǒng)算法 175 第 11章　量子超采樣 177 11.1　QPU 能為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)做什么 177 11.2　傳統(tǒng)超采樣 178 11.3　實(shí)踐：計(jì)算相位編碼圖像 179 11.3.1　QPU 像素著色器 180 11.3.2　使用PHASE 畫(huà)圖 181 11.3.3　繪制曲線 184 11.4　采樣相位編碼圖像 185 11.5　更有趣的圖像 187 11.6　超采樣 188 11.7　量子超采樣與蒙特卡羅采樣 190 11.8　增加顏色 195 11.9　小結(jié) 196 第 12章　舒爾分解算法 197 12.1　實(shí)踐：在QPU上應(yīng)用舒爾分解算法 198 12.2　算法說(shuō)明 199 12.2.1　我們需要QPU嗎 200 12.2.2　量子方法 201 12.3　逐步操作：分解數(shù)字15 203 12.3.1　步驟1：初始化QPU寄存器 204 12.3.2　步驟2：擴(kuò)展為量子疊加態(tài) 205 12.3.3　步驟3：條件乘2 207 12.3.4　步驟4：條件乘4 209 12.3.5　步驟5：QFT 211 12.3.6　步驟6：讀取量子結(jié)果 213 12.3.7　步驟7：數(shù)字邏輯 214 12.3.8　步驟8：檢查結(jié)果 216 12.4　使用細(xì)節(jié) 216 12.4.1　求模 216 12.4.2　時(shí)間與空間 217 12.4.3　除了2 以外的互質(zhì) 217 第 13章　量子機(jī)器學(xué)習(xí) 218 13.1　求解線性方程組 219 13.1.1　線性方程組的描述與求解 219 13.1.2　用QPU 解線性方程組 220 13.2　量子主成分分析 228 13.2.1　傳統(tǒng)主成分分析 228 13.2.2　用QPU 進(jìn)行主成分分析 230 13.3　量子支持向量機(jī) 233 13.3.1　傳統(tǒng)支持向量機(jī) 233 13.3.2　用QPU實(shí)現(xiàn)支持向量機(jī) 236 13.4　其他機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用 238 第 14章　保持領(lǐng)先：文獻(xiàn)指引 243 14.1　從圓形表示法到復(fù)向量 243 14.2　與術(shù)語(yǔ)有關(guān)的一些細(xì)節(jié)和注意事項(xiàng) 245 14.3　測(cè)量基 246 14.4　門的分解與編譯 247 14.5　隱形傳態(tài)門 248 14.6　QPU 名人堂 248 14.7　競(jìng)賽：量子計(jì)算機(jī)與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī) 249 14.8　基于oracle 的算法研究 249 14.8.1　Deutsch-Jozsa 算法 250 14.8.2　Bernstein-Vazirani算法 250 14.8.3　Simon算法 250 14.9　量子編程語(yǔ)言 251 14.10　量子模擬的前景 252 14.11　糾錯(cuò)與NISQ設(shè)備 252 14.12　進(jìn)一步學(xué)習(xí) 252 14.12.1　出版物 253 14.12.2　課程講義 253 14.12.3　在線資源 253 關(guān)于作者 254 關(guān)于封面 254