Obliczenia kwantowe: delikatne wprowadzenie
Quantum Computing: A Gentle Wprowadzenie to podręcznik na temat obliczeń kwantowych . Został napisany przez Eleanor Rieffel i Wolfganga Polaka i opublikowany w 2011 roku przez MIT Press .
Tematy
Chociaż książka podchodzi do obliczeń kwantowych poprzez model obwodów kwantowych , skupia się bardziej na algorytmach kwantowych niż na budowie komputerów kwantowych. Zawiera 13 rozdziałów podzielonych na trzy części: „Kwantowe elementy konstrukcyjne” (rozdziały 1–6), „Algorytmy kwantowe” (rozdziały 7–9) oraz „Splątane podsystemy i solidne obliczenia kwantowe” (rozdziały 10–13).
Po rozdziale wprowadzającym omawiającym powiązane tematy, w tym kryptografię kwantową , kwantową teorię informacji i kwantową teorię gier , rozdział 2 wprowadza mechanikę kwantową i superpozycję kwantową na przykładzie światła spolaryzowanego , omawiając także kubity , reprezentację stanu kubitu w postaci kuli Blocha , i kwantowa dystrybucja klucza . Rozdział 3 wprowadza sumy bezpośrednie , iloczyny tensorowe i splątanie kwantowe , a rozdział 4 zawiera paradoks EPR , twierdzenie Bella o niemożliwości teorii lokalnych zmiennych ukrytych, wyrażonej ilościowo za pomocą nierówności Bella. W rozdziale 5 omówiono operatory unitarne , kwantowe bramki logiczne , obwody kwantowe i kompletność funkcjonalną systemów bramek kwantowych. Rozdział 6, ostatni rozdział części dotyczącej modułów konstrukcyjnych, omawia (klasyczne) przetwarzanie odwracalne oraz konwersja dowolnych obliczeń na obliczenia odwracalne, co jest niezbędnym krokiem do wykonania ich na urządzeniach kwantowych.
W części książki o algorytmach kwantowych rozdział 7 zawiera materiał na temat teorii złożoności kwantowej i algorytmu Deutcha, algorytmu Deutscha – Jozsy , algorytmu Bernsteina – Vaziraniego i algorytmu Simona , algorytmów opracowanych w celu udowodnienia separacji w złożoności kwantowej poprzez rozwiązywanie pewnych sztucznych problemów szybciej, niż można to zrobić klasycznie. Obejmuje także kwantową transformatę Fouriera . Rozdział 8 omawia algorytm Shora dla rozkładu na czynniki całkowite i wprowadza ukryty problem podgrupy . Rozdział 9 omawia algorytm Grovera i algorytm zliczania kwantowego przyspieszający niektóre rodzaje wyszukiwania metodą brute-force . Pozostałe rozdziały powracają do tematu splątania kwantowego i omawiają dekoherencję kwantową , korekcję błędu kwantowego oraz jego zastosowanie w projektowaniu solidnych urządzeń do obliczeń kwantowych, przy czym ostatni rozdział zawiera przegląd tematu i powiązania z dodatkowymi tematami. Dodatki przedstawiają graficzne podejście do iloczynów tensorowych przestrzeni prawdopodobieństwa i rozszerzają algorytm Shora na problem ukrytych podgrup abelowych.
Publiczność i recepcja
Książka nadaje się jako wprowadzenie do obliczeń kwantowych dla informatyków, matematyków i fizyków, wymagając od nich jedynie wiedzy z algebry liniowej i teorii liczb zespolonych , chociaż recenzent Donald L. Vestal sugeruje dodatkową wiedzę z teorii obliczeń , algebra abstrakcyjna i teoria informacji również byłyby pomocne. Wcześniejsza znajomość mechaniki kwantowej nie jest wymagana.
Recenzent Kyriakos N. Sgarbas ma drobne zastrzeżenia notacyjne do prezentacji książki, skarży się, że poziom trudności jest nierówny i brakuje w niej przykładowych rozwiązań. Jednak recenzent Valerio Scarani nazywa tę książkę „arcydziełem”, szczególnie chwaląc ją za uporządkowany układ, przemyślane ćwiczenia, samodzielny charakter rozdziałów i zawarte w niej istotne ostrzeżenia przed wpadnięciem w typowe pułapki .
Powiązane prace
Istnieje wiele innych podręczników na temat obliczeń kwantowych; na przykład Scarani wymienia informatykę kwantową: wprowadzenie N. Davida Mermina (2007), wprowadzenie do obliczeń kwantowych autorstwa Kaye, Laflamme i Mosca (2007) oraz krótkie wprowadzenie do informacji kwantowych i obliczeń kwantowych autorstwa Michela Le Bellaca (2006). Sgarbas dodatkowo wymienia Quantum Computing wyjaśnione przez D. McMahona (2008) oraz Quantum Computation and Quantum Information autorstwa MA Nielsena i IL Chuanga (2000).