کتاب A Practical Guide to Quantum Computing

کتاب A Practical Guide to Quantum Computing: Hands-on approach to quantum computing with Qiskit (راهنمای کاربردی محاسبات کوانتومی: رویکردی عملی به محاسبات کوانتومی با Qiskit) به عنوان یک مقدمه عملی برای دنیای محاسبات کوانتومی، خوانندگان را با مفاهیم بنیادی این حوزه آشنا می‌کند. این کتاب با استفاده از فریم‌ورک متن‌باز Qiskit، که توسط IBM توسعه داده شده، به صورت گام به گام و از طریق مثال‌های کدنویسی، نحوه ساخت و اجرای الگوریتم‌های کوانتومی را آموزش می‌دهد.

تمرکز اصلی آن بر رویکرد عملی است تا افراد بتوانند با مفاهیمی مانند کیوبیت‌ها، برهم‌نهی، و درهم‌تنیدگی آشنا شوند و الگوریتم‌های کلیدی مثل الگوریتم‌های گراور (Grover’s) و شور (Shor’s) را پیاده‌سازی کرده و در شبیه‌سازها یا حتی کامپیوترهای کوانتومی واقعی اجرا کنند.

در ادامه مقدمه‌ای از کتاب A Practical Guide to Quantum Computing را از زبان نویسنده شرح خواهیم داد.

مقدمه‌ای بر کتاب A Practical Guide to Quantum Computing:

ریچارد فاینمن زمانی گفته بود:
«طبیعت کلاسیک نیست، لعنتی! و اگر می‌خواهی شبیه‌سازی‌ای از طبیعت انجام بدهی، بهتر است آن را کوانتومی انجام دهی. و خب، این یک مسئله فوق‌العاده است، چون اصلاً ساده به نظر نمی‌رسد.»

حدود سه سال پیش تصمیم گرفتیم کتابی کوچک بنویسیم (البته آن موقع فکر می‌کردیم کوچک خواهد بود) با عنوان راهنمای عملی یادگیری ماشین کوانتومی و بهینه‌سازی کوانتومی. این یک ماجراجویی هیجان‌انگیز و فراموش‌نشدنی بود که برای خودمان حسابی لذت‌بخش بود، چون کتاب را برای خودمان نوشتیم.

شاید کلیشه باشد که بگوییم “کتابی را بنویس که خودت دوست داری بخوانی”، اما واقعاً همین کار را کردیم. کتابی با دقت ریاضی لازم (چون بدون فرمول‌ها نمی‌توان رایانش کوانتومی را درک کرد)، همراه با کدی که می‌شود اجرا کرد و نتیجه گرفت، چون هدف نهایی از رایانش کوانتومی، محاسبه کردن است.

بعد از انتشار کتاب، بازخوردهای مثبتی دریافت کردیم و افراد زیادی خواهان مطالب بیشتر بودند. از طرفی، محبوبیت رایانش کوانتومی افزایش یافت، و با اعلام سال 2025 به عنوان «سال جهانی علم و فناوری کوانتومی» از سوی سازمان ملل، این روند به‌احتمال زیاد ادامه‌دار خواهد بود.

به همین دلایل، وقتی انتشارات Packt دوباره از ما دعوت کرد تا کتابی جدید بنویسیم، این پیشنهاد را پذیرفتیم. در کتاب اول، بیشتر تمرکزمان روی الگوریتم‌های کوانتومی مدرن مانند الگوریتم‌های واریاسیونی و آنیلینگ کوانتومی بود؛ اما رایانش کوانتومی از ابتدا با الگوریتم‌هایی مثل الگوریتم گروور یا شور آغاز شده بود، که در آن کتاب به آن‌ها نپرداختیم و این همیشه برای‌مان جای حسرت داشت.

در این کتاب جدید، تمرکز اصلی‌مان بر پایه‌های رایانش کوانتومی است. اگر کتاب اول را خوانده‌اید، با بعضی مفاهیم آشنا هستید ولی حالا عمق بیشتری از آن‌ها را یاد می‌گیرید؛ درست مانند اینکه بعد از دیدن سه‌گانه‌ی اصلی جنگ ستارگان، فیلم “تهدید شبح” را ببینید. البته اگر کتاب اول را هم نخوانده‌اید، مشکلی نیست.

در کتاب A Practical Guide to Quantum Computing نیز از صفر شروع کرده‌ایم و فرض نکرده‌ایم خواننده با فیزیک کوانتومی یا ریاضیات پیشرفته آشناست. تنها کمی جبر پایه (مثل ماتریس، بردار و ضرب آن‌ها) کافی است. توضیحات گام‌به‌گام از مفاهیم ساده تا پیچیده طراحی شده‌اند تا درک عمیق‌تری حاصل شود. از یک کیوبیت ساده آغاز می‌کنیم و به تدریج پیش می‌رویم.

برخلاف کتاب قبلی که ریاضی و کدنویسی را در یک فصل ترکیب کرده بود، در این کتاب مباحث نظری و عملی را جدا کرده‌ایم تا درک بهتر و دقیق‌تری از هر الگوریتم حاصل شود. فریم‌ورکی که برای برنامه‌نویسی کوانتومی انتخاب کرده‌ایم، Qiskit نسخه 2.1 است که پلتفرمی محبوب، پایدار و مناسب برای این مباحث است.

لحن نگارش کتاب غیررسمی اما دقیق است. هرجا لازم بوده است، اثبات‌ها را ارائه داده‌ایم یا منابعی برای مطالعه بیشتر معرفی کرده‌ایم. در طول متن، تمرین‌هایی برای درک بهتر مفاهیم و تسلط عملی بر کدنویسی کوانتومی گنجانده‌ایم، که پاسخ کامل آن‌ها در پایان کتاب آمده است.

بخش‌هایی با عنوان “برای مطالعه بیشتر” نیز اضافه کرده‌ایم که خواننده را به حوزه‌های تازه و پیشرفته‌تری هدایت می‌کند، هرچند خواندن آن‌ها برای فهم متن اصلی ضروری نیست. اما نکات مهم، هشدارها، و تعاریف کلیدی با عنوان “نکته مهم” آمده‌اند و نباید از آن‌ها صرف‌نظر کرد.

در نهایت، نوشتن کتاب A Practical Guide to Quantum Computing هم برای‌مان بسیار لذت‌بخش بود. کتابی نوشتیم که دوست داشتیم هنگام شروع یادگیری این حوزه در اختیارمان بود. امیدواریم برای شما هم مفید باشد. از این سفر لذت ببرید!

• Cover
• Title Page
• Copyright and Credits
• Contributors
• Table of Contents
• Foreword
• Acknowledgements
• Preface
• Part 1: One Qubit to Rule Them All: Working with One Qubit
  • Chapter 1: What Is (and What Is Not) aQuantum Computer
  • Chapter 2: Qubits, Gates, andMeasurements
  • Chapter 3: Applications and Protocolswith One Qubit
  • Chapter 4: Coding One-Qubit Protocolsin Qiskit
• Part 2: Qubit Meets Qubit: TwoQubits and Entanglement
  • Chapter 5: How toWork with TwoQubits
  • Chapter 6: Applications and Protocolswith Two Qubits
  • Chapter 7: Coding Two-QubitAlgorithms in Qiskit
  • Part 3 Working with Many Qubits
    • Chapter 8: How toWork with ManyQubits
    • Chapter 9: The Full Power of QuantumAlgorithms
    • Chapter 10: Coding with Many Qubits inQiskit
  • Part 4 The Stars of the Show: Main Quantum Algorithms
    • Chapter 11: Finding the Period andFactoring Numbers
    • Chapter 12: Searching and Countingwith a Quantum Computer
    • Chapter 13: Coding Shor and Grover’sAlgorithms in Qiskit
• Part 5: Ad Astra: The Road toQuantum Utility andAdvantage
  • Chapter 14: Quantum Error Correctionand Fault Tolerance
  • Chapter 15: Experiments for QuantumAdvantage
• Appendices
• Appendix A: Mathematical Tools
• Appendix B: The Bra-Ket Notation andOther Foundational Notions
• Appendix C: Measuring the Complexityof Algorithms
• Chapter D: Installing the Tools
• Chapter E: Production Notes
• Solutions
• Index
• Other Books You Might Enjoy

جهت دانلود کتاب A Practical Guide to Quantum Computing می‌توانید پس از پرداخت، دریافت کنید.