量子计算与编程入门

目录
序
前言
第1章 背景知识 1
1.1 三问量子计算 1
1.1.1 什么是量子计算 1
1.1.2 为什么我们需要量子计算 2
1.1.3 什么样的机构参与量子计算的研发 8
1.2 量子计算的发展历史 11
1.2.1 量子力学的发展 11
1.2.2 量子计算的发展 21
1.3 量子计算软件介绍 25
1.3.1 量子语言 25
1.3.2 量子软件开发包 26
1.3.3 量子云平台 27
第2章 量子计算基础 29
2.1 量子力学基础理论 29
2.1.1 量子系统 29
2.1.2 观测量和计算基下的测量 39
2.1.3 复合系统与联合测量 42
2.2 量子程序 45
2.2.1 量子计算原理 45
2.2.2 量子计算的if和 while 62
第3章 量子计算机硬件基础 66
3.1 量子芯片 66
3.1.1 超导量子芯片 66
3.1.2 半导体量子芯片 69
3.1.3 其他类型体系的量子计算体系 71
3.2 量子计算机硬件 77
3.2.1 量子芯片支持系统 78
3.2.2 量子计算机控制系统 80
3.3 量子计算机 85
3.3.1 量子计算机整体架构 85
3.3.2 量子程序架构(设备代码的架构) 86
第4章 量子算法与编程 90
4.1 量子软件开发环境 90
4.1.1 QPanda 90
4.1.2 QRunes 96
4.1.3 本源量子云平台 97
4.2 量子算法简介 98
4.2.1 概述 98
4.2.2 量子-经典混合算法 98
4.3 Deutsch-Jozsa算法 100
4.3.1 在本源量子云平台上实现D-J算法 102
4.3.2 在QPanda上实现D-J算法 109
4.4 Grover搜索算法 115
QPanda实现Grover算法的代码示例 119
4.5 QAOA 123
4.5.1 大切割问题 123
4.5.2 布尔可满足性问题 126
4.5.3 组合优化问题 127
4.5.4 近似优化算法 128
4.5.5 泡利算符 128
4.5.6 哈密顿量 135
4.5.7 算法原理 144
4.5.8 QAOA综合示例 150
4.6 VQE算法 155
4.6.1 计算化学 156
4.6.2 量子化学 159
4.6.3 量子化学模拟 160
4.6.4 费米子哈密顿量 163
4.6.5 算法原理 177
4.6.6 综合示例 196
4.7 Shor分解算法 205
4.7.1 加密与解密 205
4.7.2 RSA加密算法 207
4.7.3 量子逻辑电路及量子傅里叶变换 212
4.7.4 算法原理 225
4.7.5 pyQPanda中的示例 239
第5章 量子计算前沿话题 251
5.1 利用QPanda测试量子系统噪声 251
5.1.1 量子噪声 251
5.1.2 含噪声量子虚拟机 253
5.2 量子机器学习 269
5.3 使用单振幅和部分振幅量子虚拟机 281
5.3.1 单振幅量子虚拟机 281
5.3.2 部分振幅量子虚拟机 283
5.4 将量子程序编译到不同的量子芯片上 285
附录 294
附录A 量子计算数学基础 294
A.1 概述 294
A.2 集合与映射 294
A.3 向量空间 300
A.4 矩阵与矩阵的运算 308
A.5 矩阵的特征 311
A.6 矩阵的函数 314
A.7 线性算子与矩阵表示 315
附录B 量子编程工具的安装与配置 320
B.1 QPanda 320
B.2 pyQPanda 330
B.3 Qurator 330
B.4 量子学习机 339
附录C 量子化学工具的安装与使用 351
C.1 PSI4的安装与使用 351
C.2 可视化化学模拟软件ChemiQ安装与使用 351
C.3 ChemiQ接口介绍与使用 360
C.4 非梯度下降算法实现VQE算法代码示例 363
参考文献 374
后记 378