第 一部分　量子入門(mén) 第 1章 量子計(jì)算簡(jiǎn)介　3 1.1　為什么量子計(jì)算很重要？　4 1.2　什么是量子計(jì)算機(jī)？　5 1.3　如何使用量子計(jì)算機(jī)？　7 1.3.1　量子計(jì)算機(jī)能做什么？　9 1.3.2　量子計(jì)算機(jī)不能做什么？　10 1.4　什么是程序？　11 什么是量子程序？　12 小結(jié)　14 第 2章 量子位：構(gòu)建塊　15 2.1　為什么需要隨機(jī)數(shù)？　16 2.2　什么是經(jīng)典位？　19 2.2.1　我們能用經(jīng)典位做什么？　21 2.2.2　抽象是我們的朋友　23 2.3　量子位：狀態(tài)和操作　25 2.3.1　量子位的狀態(tài)　25 2.3.2　操作的游戲　27 2.3.3　測(cè)量量子位　31 2.3.4　一般化測(cè)量：基獨(dú)立　35 2.3.5　用代碼模擬量子位　37 2.4　編程一個(gè)工作的QRNG　42 小結(jié)　47 第3章 用量子密鑰分發(fā)來(lái)分享秘密　48 3.1　在愛(ài)情和加密中一切都很公平　48 3.1.1　量子NOT操作　51 3.1.2　借助量子位共享經(jīng)典位　55 3.2　雙組基的故事　56 3.3　量子密鑰分發(fā)：BB84　59 3.4　使用密鑰發(fā)送秘密消息　64 小結(jié)　67 第4章 非本地游戲：使用多量子位　68 4.1　非本地游戲　68 4.1.1　什么是非本地游戲？　69 4.1.2　測(cè)試量子物理學(xué)：CHSH游戲　69 4.1.3　經(jīng)典策略　72 4.2　處理多量子位狀態(tài)　73 4.2.1　寄存器　74 4.2.2　為什么很難模擬量子計(jì)算機(jī)？　76 4.2.3　用于狀態(tài)制備的張量積　77 4.2.4　張量積對(duì)寄存器的量子位操作　78 小結(jié)　81 第5章 非本地游戲：實(shí)現(xiàn)多量子位模擬器　82 5.1　QuTiP中的量子對(duì)象　82 5.1.1　升級(jí)仿真器　87 5.1.2　測(cè)量起來(lái)：如何測(cè)量多量子位？　91 5.2　CHSH：量子策略　94 小結(jié)　98 第6章 隱形傳態(tài)和糾纏：量子數(shù)據(jù)的移動(dòng)　99 6.1　移動(dòng)量子數(shù)據(jù)　99 6.1.1　換出模擬器　102 6.1.2　還有哪些雙量子位門(mén)？　106 6.2　所有的單（量子位）旋轉(zhuǎn)　108 6.3　隱形傳態(tài)　116 小結(jié)　119 第 一部分：結(jié)語(yǔ)　119 第二部分　在Q# 中對(duì)量子算法進(jìn)行編程 第7章 改變勝率：關(guān)于Q#的介紹123 7.1　量子開(kāi)發(fā)工具包介紹　124 7.2　Q#中的函數(shù)和操作　127 7.3　將操作作為參數(shù)傳遞　133 7.4　在Q#中玩莫甘娜的游戲　138 小結(jié)　140 第8章 什么是量子算法　141 8.1　經(jīng)典算法和量子算法　141 8.2　多伊奇-約薩算法：對(duì)搜索的適度改進(jìn)　144 8.3　oracle：在量子算法中表示經(jīng)典函數(shù)　149 8.3.1　梅林的變換　150 8.3.2　推廣我們的結(jié)果　153 8.4　在Q#中模擬多伊奇-約薩算法　157 8.5　對(duì)量子算法技術(shù)的思考　161 8.5.1　鞋子和襪子：應(yīng)用和撤銷(xiāo)量子操作　161 8.5.2　用阿達(dá)馬指令來(lái)翻轉(zhuǎn)控制和目標(biāo)　164 8.6　相位反沖：我們成功的關(guān)鍵　166 小結(jié)　170 第9章 量子傳感：不僅僅是相位　172 9.1　相位估計(jì)：利用量子位的有用屬性進(jìn)行測(cè)量　172 9.2　用戶(hù)定義的類(lèi)型　177 9.3　從Python中運(yùn)行Q#　184 9.4　特征態(tài)和局部相位　189 9.5　受控應(yīng)用：將全局相位變成局部相位　193 9.6　實(shí)現(xiàn)蘭斯洛特的相位估計(jì)游戲的最佳策略　199 小結(jié)　201 第二部分：結(jié)語(yǔ)　201 第三部分　應(yīng)用量子計(jì)算 第 10章 用量子計(jì)算機(jī)解決化學(xué)問(wèn)題　205 10.1　量子計(jì)算的實(shí)際化學(xué)應(yīng)用　205 10.2　通往量子力學(xué)的多條路徑　207 10.3　用哈密頓算符描述量子系統(tǒng)如何隨時(shí)間演化　210 10.4　用泡利操作圍繞任意軸旋轉(zhuǎn)　214 10.5　在系統(tǒng)中做出想要的變化　221 10.6　經(jīng)歷（非常小的）變化　222 10.7　整合在一起　225 小結(jié)　230 第 11章 用量子計(jì)算機(jī)搜索　232 11.1　搜索非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)　232 11.2　關(guān)于狀態(tài)的反射　238 11.2.1　關(guān)于全一狀態(tài)的反射　239 11.2.2　關(guān)于任意狀態(tài)的反射　240 11.3　實(shí)現(xiàn)格羅弗算法　246 11.4　資源估算　252 小結(jié)　257 第 12章 用量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算　258 12.1　將量子計(jì)算納入安全因素　258 12.2　將模算術(shù)與因數(shù)分解聯(lián)系起來(lái)　262 12.3　經(jīng)典代數(shù)和因數(shù)分解　267 12.4　量子算術(shù)　270 12.4.1　用量子位相加　271 12.4.2　處于疊加態(tài)的量子位相乘　272 12.4.3　舒爾算法中的取模乘法　275 12.5　整合在一起　278 小結(jié)　282 臨別贈(zèng)言　283 附錄A　安裝所需軟件　285 A.1　在線(xiàn)運(yùn)行示例　285 A.1.1　使用Binder　285 A.1.2　使用GitHub Codespaces　286 A.2　使用Anaconda進(jìn)行本地安裝　286 A.2.1　安裝Anaconda　286 A.2.2　用Anaconda安裝軟件包　286 A.3　安裝QDK　288 A.3.1　安裝.NET Core SDK　289 A.3.2　安裝項(xiàng)目模板　289 A.3.3　安裝Visual Studio Code擴(kuò)展程序　290 A.3.4　為Jupyter Notebook安裝IQ#　290 附錄B 術(shù)語(yǔ)和快速參考　291 B.1　術(shù)語(yǔ)　291 B.2　狄拉克符號(hào)　293 B.3　量子操作　294 B.4　Q#語(yǔ)言　296 B.4.1　類(lèi)型　296 B.4.2　Q#的聲明和語(yǔ)句　297 B.4.3　Q#表達(dá)式和操作符　300 B.4.4　Q#標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)　301 B.4.5　IQ#魔法命令　303 附錄C 線(xiàn)性代數(shù)　304 C.1　走近向量　304 C.2　親自體驗(yàn)矩陣　306 附錄D 通過(guò)實(shí)例探索多伊奇-約薩算法　316 D.1　使用我們的技能，嘗試做點(diǎn)什么　316 D.2　步驟1：為多伊奇-約薩制備輸入狀態(tài)　317 D.3　步驟2：應(yīng)用oracle　318 D.3.1　例1：“id”oracle　320 D.3.2　例2：“not”oracle　321 D.3.3　例3：“zero”oracle　322 D.4　步驟3和4：撤銷(xiāo)對(duì)目標(biāo)量子位的制備，并測(cè)量　323