کتاب Quantum Computing Algorithms

کتاب Quantum Computing Algorithms: Discover how a little math goes a long way (الگوریتم‌های محاسباتی کوانتومی: کشف کنید که چگونه یک ریاضی کوچک راه طولانی را طی می‌کند) در 4 قسمت مختلف علاوه بر شرح مفاهیم کوانتوم و کاربردهای آن، الگوریتم‌های معروف این علم نوین را نیز معرفی می‌کند.

در ادامه مقدمه‌ای از کتاب Quantum Computing Algorithms را از زبان نویسنده شرح خواهیم داد.

مقدمه‌ای بر کتاب Quantum Computing Algorithms:

چندین سال پیش، در اتاق انتظار مطب یک پزشک، یک نسخه از مجله نیچر را برداشتم. یکی از مقالات این شماره آتش زیر من روشن کرد و مرا به مطالعه محاسبات کوانتومی سوق داد. اولش گیج شدم چگونه این مدل از محاسبات می‌تواند اینقدر متفاوت از نوع محاسباتی باشد که ما می‌شناسیم و دوست داریم؟ چرا این مدارهای عجیب به مسائل ریاضی پاسخ درستی می‌دهند؟ به عنوان یک معلم، می‌دانستم که بهترین راه برای یادگیری چیزی این است که سعی کنم آن را برای شخص دیگری توضیح دهم.

بنابراین تصمیم گرفتم یک دوره یک ترم برای دانشجویان دانشگاه ارائه دهم. مقدمه محاسبات کوانتومی معمولی شامل برنامه‌نویسی، فیزیک و ریاضیات انتزاعی است. من می‌خواستم دوره من از بسیاری از رشته‌ها دانشجو جذب کند، و صادقانه بگویم، نمی‌خواستم دوره به دلیل عدم ثبت نام لغو شود.

برای ساختن این کار، مجبور شدم بخشی از موضوع را بسازم که به مقدار دقیقی از دانش پیشینه نیاز دارد. از دانش‌آموزان می‌خواستم محاسباتی را انجام دهند. اما قبل از هر چیز، من می‌خواستم آن‌ها بدانند که چرا برخی از الگوریتم‌های محاسبات کوانتومی کار می‌کنند. یک مدار کوانتومی خاص چه ربطی به مشکلی دارد که آن‌ها سعی در حل آن دارند؟ پس از چندین شروع نادرست، من روی طرحی برای دقت درعملیات ماتریس متمرکز شدم.

دانش‌آموزان با ضرب ماتریس و حاصل ضرب تانسور آشنا شدند. آن‌ها کامپیوترهای کوانتومی را روی ابر IBM برنامه ریزی کردند و محاسبات معمولی را برای تأیید نتایج انجام دادند. آن‌ها از طریق اکتشافات درون کلاسی، بینش‌هایی را در مورد نحوه عملکرد الگوریتم‌های محاسبات کوانتومی ایجاد کردند. از همه بهتر، آن‌ها از این دوره لذت بردند. در سال 2022، افراد Packt از من خواستند که کتابی در مورد موضوع خاصی بنویسم که برایم جالب نیست.

بنابراین، من جداول را روی آن‌ها چرخاندم و کتاب محاسبات کوانتومی را پیشنهاد کردم. آن‌ها طعمه را گرفتند و نتیجه کتابی است که شما در حال خواندن آن هستید. برای روشن بودن، این یک کتاب درسی نیست، و نه یک جلد علمی است. این یک راهنمای جامع از هر نوع نیست. تلاش فروتنانه من برای توصیف الگوریتم‌های محاسبات کوانتومی با جزییات تنها با استفاده از مقدار کمی از ریاضیات است.

بیشتر بخوانید: کتاب Quantum Computing For Dummies

من رویکرد خود به موضوع را در موارد زیر خلاصه می‌کنم:

• من عملیات ماتریس را در فصل 1 معرفی می‌کنم. در سراسر کتاب Quantum Computing Algorithms، من از ماتریس‌ها برای توصیف ایده‌های اساسی در مورد محاسبات کوانتومی استفاده می‌کنم. من از انتزاعاتی که جبر خطی نیاز دارد اجتناب می‌کنم.

• من نمونه‌هایی با اعداد واقعی را به فرمول‌ها و معادلات ترجیح می‌دهم.

• در صورت شک، تمام مراحل هر یک از محاسبات را نشان می‌دهم. اگر جزئیات بیش از حد برای شما وجود دارد، فقط از برخی از قسمت‌ها رد شوید.

• مهم‌ترین هدف من این است که به شما کمک کنم در مورد نحوه عملکرد الگوریتم‌های محاسبات کوانتومی شهودی ایجاد کنید. من از تصاویر، تشبیه‌ها و برخی داستان‌های احمقانه استفاده می‌کنم تا به شما کمک کنم بفهمید چرا الگوریتم‌ها کاری را که انجام می‌دهند انجام می‌دهند. (برخی از الگوریتم‌های محاسبات کوانتومی از این نظر کاملاً چالش برانگیز هستند، اما من تا جایی که می‌توانم تلاش می‌کنم.) این رویکرد دارای محدودیت‌های داخلی است.

اگر زمانی که به مدرسه می‌رفتید از ریاضی متنفر بودید و هرگز نمی‌خواهید دیگر مشکل ریاضی را ببینید، این کتاب ممکن است برای شما مناسب نباشد. از طرف دیگر، ممکن است قبلا جبر خطی را با فضاهای برداری و مقادیر ویژه آن مطالعه کرده باشید. اگر چنین است، از این کتاب کمتر از یک مقدمه پیشرفته‌تر یاد خواهید گرفت. (بدون ریاضیات انتزاعی، ما در مواردی که می‌توانیم پوشش دهیم محدود هستیم.)

اما من مطالب کتاب Quantum Computing Algorithms را طی سه دوره مقدماتی کالج توسعه داده‌ام. و با هر پیشنهاد، نتایج فوق‌العاده بود. دانش‌آموزان چیزهای زیادی در مورد محاسبات کوانتومی یاد گرفتند و این دوره را به دوستان خود توصیه کردند. من برای اثبات همه این‌ها سه ترم امتحان و ارزشیابی دروس دارم! بنابراین، امیدوارم که به خواندن ادامه دهید. اگر همه چیز طبق برنامه پیش برود، این مطالب را جالب، روشنگر و شاید حتی سرگرم کننده خواهید یافت!

بیشتر بخوانید: کتاب Quantum Computing

کتاب Quantum Computing Algorithms برای چه کسی است؟

این کتاب برای کسانی است که به روش‌های جدید برای حل مشکلات علاقه دارند. ممکن است چند مقاله خبری در مورد محاسبات کوانتومی خوانده باشید و بخواهید کمی عمیق تر بگردید. یا ممکن است برخی از ادبیات فنی را بررسی کرده باشید و متوجه شده باشید که خیلی متراکم است. ممکن است به انتخاب‌های شغلی خود فکر کنید و بخواهید محاسبات کوانتومی را بررسی کنید. برای قدردانی از این کتاب، تنها چیزی که نیاز دارید، آشنایی با جبر دبیرستان و آشنایی با برنامه نویسی کامپیوتری است. شما باید در یادگیری مفاهیم علمی راحت باشید.

آنچه کتاب Quantum Computing Algorithms پوشش می‌دهد:

مقدمه ای بر محاسبات کوانتومی، مروری بر محاسبات کوانتومی ارائه می‌دهد و برخی از اصطلاحات مهم را تعریف می‌کند.

فصل 1، روش‌های جدید برای فکر کردن درباره بیت‌ها، نشان می‌دهد که چگونه عملیات ماتریس می‌تواند برای توصیف گیت‌های منطقی در محاسبات کلاسیک استفاده شود. این فصل همچنین نوت‌بوک‌های Jupyter را به عنوان محیطی برای نوشتن و اجرای برنامه‌های کامپیوتری معرفی می‌کند.

فصل 2 کتاب Quantum Computing Algorithms، کیوبیت چیست؟، برهم نهی را توصیف می‌کند – یک ویژگی عجیب موجودات کوانتومی که بسیار متفاوت از رفتار بیت‌های کلاسیک است. این فصل همچنین Qiskit – کیت توسعه نرم افزار محاسبات کوانتومی IBM را معرفی می‌کند.

فصل 3 کتاب Quantum Computing Algorithms، ریاضی برای کیوبیت‌ها و دروازه‌های کوانتومی، راهی برای استفاده از ماتریس‌ها برای نشان دادن حالات کیوبیت‌ها ارائه می‌دهد.

فصل 4 کتاب Quantum Computing Algorithms، نظریه‌های توطئه کیوبیت، درهم‌تنیدگی را با استفاده از دروازه‌های چند کیوبیتی معرفی می‌کند.

فصل 5، داستان خیالی درباره رمزنگاری، نشان می‌دهد که چگونه می‌توان از برهم نهی کوانتومی برای اطمینان از ارتباط ایمن بین دو طرف استفاده کرد.

فصل 6 کتاب Quantum Computing Algorithms، شبکه کوانتومی و انتقال از راه دور، روشی را شرح می‌دهد که در آن حالت یک کیوبیت می‌تواند به کیوبیت دیگر منتقل شود. این یک عنصر ضروری در انتقال اطلاعات کوانتومی از یک مکان به مکان دیگر است.

فصل 7، الگوریتم دویچ، توضیح می‌دهد که چگونه یک کامپیوتر کوانتومی می‌تواند از برهم نهی و درهم تنیدگی برای حل یک مسئله ساده در یک مرحله استفاده کند.

فصل 8 کتاب Quantum Computing Algorithms، الگوریتم گروور، نشان می‌دهد که چگونه یک کامپیوتر کوانتومی می‌تواند بدون بررسی هر یک از عناصر فهرست، در فهرست جستجو کند.

فصل 9، الگوریتم شور، روشی را توضیح می‌دهد که رایانه‌های کوانتومی می‌توانند برخی از طرح‌های رمزنگاری رایج ما را بشکنند.

فصل 10، برخی از دستورالعمل‌های دیگر برای محاسبات کوانتومی، برخی از رویکردهای جایگزین برای محاسبات کوانتومی را توضیح می‌دهد. ارزیابی‌ها شامل پاسخ‌هایی برای سؤالات تمام فصل‌ها است.

سرفصل‌های کتاب Quantum Computing Algorithms:

• Cover
• Title Page
• Copyright and Credits
• Contributors
• Table of Contents
• Preface
• Introduction to Quantum Computing
• Part 1: Nuts and Bolts
  • Chapter 1: New Ways to Think about Bits
  • Chapter 2: What Is a Qubit?
  • Chapter 3: Math for Qubits and Quantum Gates
  • Chapter 4: Qubit Conspiracy Theories
• Part 2: Making Qubits Work for You
  • Chapter 5: A Fanciful Tale about Cryptography
  • Chapter 6: Quantum Networking and Teleportation
• Part 3: Quantum Computing Algorithms
  • Chapter 7: Deutsch’s Algorithm
  • Chapter 8: Grover’s Algorithm
  • Chapter 9: Shor’s Algorithm
• Part 4: Beyond Gate-Based Quantum Computing
  • Chapter 10: Some Other Directions for Quantum Computing
• Assessments
• Index
• Other Books You May Enjoy

جهت دانلود کتاب Quantum Computing Algorithms می‌توانید پس از پرداخت، دریافت کنید.