量子計算和量子資訊(一)︰量子計算部分

譯者序
前言
名詞和記號
第一部分 基本概念
　第1章 引言與概述
　1.1 全貌
　 1.2 量子比特
　 1.3 量子計算
　 1.4 量子算法
　 1.5 實驗量子信息處理
　 1.6 量子信息
　第2章 量子力學引論
　 2.1 線性代數
　 2.2 量子力學假設
　 2.3 應用︰超密編碼
　 2.4 密度算子
　2.5 Schmidt分解和純化
　 2.6 ERP和Bell不等式
　第3章 計算機科學簡介
　3.1 計算的模型
　 3.2 計算問題的分析
　 3.3 對計算科學的思考
第二部分 量子計算
　第4章 量子線路
　4.1 量子算法
　 4.2 單量子比特運算
　 4.3 受控運算
　 4.4 測量
　 4.5 通用量子門
　 4.6 計算的量子線路模型的總結
　 4.7 量子系統的仿真
　第5章 量子Fourier變換及其應用
　 5.1 量子Fourier變換
　 5.2 相信估計
　 5.3 應用︰求階和因子問題
　 5.4 量子Fourier變換的一般應用
　第6章 量子搜索算法
　 6.1 量子搜索算法
　 6.2 作為量子仿真的量子搜索
　 6.3 量子計數
　 6.4 NP完全問題解的加速
　 6.5 非結構化數據庫的量子搜索
　 6.6 搜索算法的最優性
　 6.7 黑箱算法的極限
　第7章 量子計算機︰物理實現
　 7.1 指導性原則
　 7.2 量子計算的條件
　 7.3 諧振子量計算機
　 7.4 光子量子計算機
　 7.5 光學共振腔量子電動力學
　 7.6 離子阱
　 7.7 核磁共振
　 7.8 其他實現方案
附錄A 概率論基礎
附錄B 群論
附錄C Solovay-Kitaev定理
附錄D 數論
附錄E 公鑰密碼術與RSA密碼系統
參考文獻

量子計算與量子信息的研究可以追溯到幾十年前，但真正引起廣泛關注的是20世紀90年代中期，這期間發現了Shor量子因子分解算法和Grover量子搜索算法，這兩類算法展示了量子計算從根本上超越經典計算機計算能力和在信息處理方面的巨大潛力。與此同時，量子計算機和量子信息處理裝置在物理實現的研究，成為繼並行計算機、生物計算機等之後的非串行計算體系的又一熱點。

量子計算與量子信息對人類社會最具影響也最為驚人的發現之一是，量子計算機能夠迅速破解廣泛采用的RSA密碼系統，掌握量子計算能力的制高點已成為關系信息安全的重要課題，不少國家已紛紛開始啟動和資助相關的研究項目。

國外不少大學也已開設了有關課程，譯者2000年訪問的美國Carnegie Mellon大學，他們在計算機系和物理系的研究生中開設了量子計算機課程，所采用的教材正是劍橋大學出版社出版的Michael A.Nielsen和Isaac L.Cchuang 的英文版原著Quantum Computation and Quantum Information，本書是該著作量子計算部分的中譯本。

原著共12章，分三個部分，分別介紹基礎知識以及量子計算和量子信息。由于篇幅宏大，為方便讀者和照顧不同背景讀者的需要，原著將內容安排為兩個相對獨立的主題︰第一和第二部分一起構成學習量子計算的相對完整的材料；第一和第三部分構成量子信息相對完整的內容。中譯本繼承原著者的思想，分為量子計算和量子信息量冊單獨出版，供讀者根據需要選擇，本書限于量子計算內容（原著的第1—7章），量子信息對應原著的第8—12章共5章內容，將單獨出版。

本書在寫作上定為教材，因此照顧到滾打讀者在背景知識上的差異，盡可能以淺顯和自成體系的方式敘述主要研究思路，力圖深入淺出。在細節的處理上較好地保持了嚴謹性和啟發性的折衷。特別是在一般專業讀者較為生疏的量子力學方面，大膽地采用了基于線性代數的公里華體系，大大簡化了學習主題的途徑，這與我國物理專業量子力學教學改革中的類似嘗試不謀而合。

譯者在翻譯過程中可喜地看到，我國研究工作者也已經開始了相關領域的研究，並已取得了一些成果，如已有論文集和總結國內外研究成果的學術專著出版。應該說量子計算與量子信息的研究還遠沒有成熟，該領域的研究充滿著令人興奮的挑戰性課題，譯者衷心希望本書的出版能為量子計算與量子信息方面只是在我國的傳播起到一定推動作用。

趙千川
2003年8月于清華大學