▶▶▶ 國內第一本中文實作量子電腦的書籍！
▶▶▶ 培養量子程式設計、偵錯和分析等技能。
量子計算身為以量子力學基本原理為基礎的新型計算模型，透過大規模量子平行加速，有望實現比當今經典計算更強大的運算能力，其潛在優勢已在量子模擬、人工智慧、巨量資料分析和網路安全等領域逐步得到驗證與應用。當前，以量子計算為主要內容的量子資訊處理技術已成為未來科技的重要發展方向。和經典計算中的程式設計一樣，量子程式設計是用量子計算技術解決各領域前端科學問題的必要手段。只有懂得量子程式設計，才能進一步懂得量子計算的工作原理，從而更進一步地設計和實現以量子力學基本原理為基礎解決具體問題的量子演算法，並掌握利用量子電腦解決問題的方法。
【本書內容包含】
✪ 量子概念、量子力學歷程、量子位元性質等，探討經典與量子計算區別及量子程式開發與執行。
✪ 量子位元數學描述、幾何影像、半角處理等，介紹量子態測量、純態、混態等概念。
✪ 單量子位元閘介紹常用單量子位元閘功能、矩陣表示、線路符號等，詳述繞任意軸旋轉閘。
✪ 多量子位元閘探討常用多量子位元閘功能、矩陣表示、線路符號等，闡述多量子位元狀態空間表示和量子線路狀態演化方法。
✪ 量子線路設計、偵錯和分析等技能，包括OpenQASM基本結構、自訂閘、單步偵錯、模擬器運行、遠端實體機運行。
✪ Python的量子程式設計利用實例培養量子程式設計、偵錯和分析等技能，包括Qiskit框架、模擬器運行、實體機運行、量子態可視化。
✪ Deutsch-Jozsa、Grover、量子傅立葉轉換、量子相位估計、Shor及HHL演算法。
【本書目標讀者】
☛ 希望深入瞭解量子位元數學描述、幾何影像、半角處理等的各領域人士。
☛ 希望深入瞭解量子程式設計的IT主管及架構師。
☛ 希望能使用Qiskit框架、模擬器運行、實體機運行、量子態可視化的系統開發工程師。
☛ 資訊工作者：OpenQASM基本結構、自訂閘、單步偵錯、模擬器運行、遠端實體機運行。
作者
王震宇
長期從事相關領域的科研及一線教學工作。
目錄
第 1 章 概論
1.1 量子和量子力學
1.2 量子比特
1.3 量子計算
1.4 量副程式與量子程式設計
1.5 典型量副程式開發平臺
小結
習題
第 2 章 量子比特與布洛赫球表示
2.1 量子比特的數學描述
2.2 量子比特幾何圖像
2.3 量子比特的布洛赫球表示
2.4 布洛赫球的性質
2.5 量子測量
2.6 純態、混態及其密度矩陣
2.7 量子門與量子態變遷
小結
習題
第 3 章 單量子比特門
3.1 單量子比特門 OpenQASM 語句
3.2 Pauli門
3.3 Hadamard門
3.4 相位門
3.5 旋轉門
3.6 任意軸旋轉門R^n(θ)
小結
習題
第 4 章 多量子比特門
4.1 多量子比特門 OpenQASM 語句
4.2 張量積
4.3 多量子比特狀態空間表示
4.4 受控反閘
4.5 互換門
4.6 Toffoli門
4.7 Fredkin門
4.8 量子態演化
小結
習題
第 5 章 基於量子彙編指令的量子線路設計
5.1 量子彙編指令語言 OpenQASM
5.2 OpenQASM 量子線路設計與調試
5.3 量子邏輯門
5.4 量子加法器
5.5 量子相位反沖
小結
習題
第 6 章 基於 Python 的量副程式設計
6.1 IBM 量副程式開發套件
6.2 Qiskit量副程式代碼框架
6.3 模擬器運行
6.4 實體機運行
6.5 量子態視覺化
6.6 量子比特初態製備
6.7 量子比特態測量實驗
小結
習題
第 7 章 量子演算法原理與實現
7.1 Deutsch-Jozsa演算法
7.2 Grover演算法
7.3 量子傅裡葉變換
7.4 量子相位估計
7.5 Shor演算法
7.6 HHL演算法
小結
習題
參考文獻
序／導讀
前言
量子計算作為一門新興的計算科學，將成為影響人類社會的一場重要的技術革命。量子物理、量子計算引領的量子科學與技術正在和電腦科學、網路安全、數學、通訊、電子、化學、測量、傳感和醫學等學科交叉。本書針對初學者的特點和認知規律精選內容和程式設計實例，力求以簡明易懂的文字和線性代數闡述各基礎知識，透過量子程式的程式設計訓練與動手實踐幫助學生更準確地理解量子計算的基本概念和基礎理論，掌握量子程式的工作原理、程式設計原理和基本流程，建立量子技術新思維，從而降低學習量子計算和量子程式設計的門檻。
目前，越來越多的量子雲端平台開始允許公眾使用各類量子計算裝置，並為量子程式設計提供了實驗條件。本書以IBM 量子雲端平台中的Quantum Composer 和Quantum Lab 作為實驗平台，所有範例程式均在該平台上通過偵錯且正確運行。讀者也可在本地建立開發環境，進行開發學習。本書對於其他平台的學習者也有一定的參考價值。
本書共7章。
第1章 概論。概述量子的概念，量子力學的發展歷程，量子位元及其疊加、糾纏、相干和測量等基本性質，經典計算與量子計算的區別，量子程式的開發和執行過程等。
第2章 量子位元與布洛赫球表示。深入介紹量子位元的數學描述、幾何影像與半角處理、全域相位、相對相位、量子態測量、基底向量及基底變換、純態、混態、最大混態、密度矩陣、么正轉換等概念。
第3章 單量子位元閘。系統介紹常用的單量子位元閘的功能、矩陣表示、線路符號和OpenQASM 敘述等，以及繞任意軸旋轉閘Rn^(θ)。
第4章 多量子位元閘。系統介紹常用的多量子位元閘的功能、矩陣表示、線路符號和OpenQASM 敘述等，以及多量子位元的狀態空間表示和量子線路狀態演化的推演方法。
第5章 以量子組合語言指令為基礎的量子線路設計。透過實例進行量子線路設計、偵錯和分析等方面的程式設計能力訓練，搭配實例包括OpenQASM量子線路程式基本結構、自訂閘、單步偵錯、模擬器運行、遠端實體機運行與結果可視化分析、量子邏輯閘、量子加法器和量子相位回退等。
第6章 以Python 為基礎的量子程式設計。透過實例進行量子程式設計、偵錯和分析等方面的程式設計能力訓練，搭配的實例包括Qiskit 量子程式的基本框架、模擬器運行、實體機運行、量子態可視化、狀態向量提取、么正矩陣提取、量子位元布洛赫球表示的繪製、量子位元初態製備、量子位元態測量等。
第7章 量子演算法原理與實現。闡述六大典型量子演算法的原理和程式設計實現: Deutsch-Jozsa 演算法、Grover 演算法、量子傅立葉轉換、量子相位估計、Shor 演算法與HHL 演算法。
由於編者知識水準有限，書中的缺點與錯誤在所難免，望讀者不吝批評、指正。
