前言

量子計(jì)算機(jī)不再是理論上可行的設(shè)備。

本書(shū)作者認(rèn)為，一項(xiàng)新技術(shù)的最佳用途不一定是由其發(fā)明者發(fā)現(xiàn)的，而是由領(lǐng)域?qū)＜以诎阉鳛樾鹿ぞ哂迷诠ぷ髦袝r(shí)發(fā)現(xiàn)的。基于這個(gè)思路，我們編寫(xiě)了本書(shū)，它是一本獻(xiàn)給程序員的量子計(jì)算技術(shù)實(shí)用指南。在書(shū)中，你將熟悉圖 P-1 所示的符號(hào)和操作，并學(xué)習(xí)如何將它們應(yīng)用到你所關(guān)心的問(wèn)題上。

圖 P-1：量子程序看起來(lái)有點(diǎn)像樂(lè)譜

本書(shū)結(jié)構(gòu)

要熟悉新的編程范式，一種可靠的方法是學(xué)習(xí)一組概念原語(yǔ)。比方說(shuō)，任何學(xué)習(xí)圖形處理單元（graphics processing unit，GPU）編程的人都應(yīng)該首先掌握并行概念，而不是去了解語(yǔ)法或硬件細(xì)節(jié)。

本書(shū)的核心內(nèi)容是幫助你理解量子原語(yǔ)——知道如何用量子處理單元（quantum processing unit，QPU）構(gòu)建可用于解決問(wèn)題的工具箱。為了幫助你理解量子原語(yǔ)，本書(shū)首先介紹量子比特的基本概念（你也可以稱之為游戲規(guī)則），之后概述一組 QPU 原語(yǔ)，并展示如何將它們作為構(gòu)建塊應(yīng)用到有用的 QPU 應(yīng)用程序中。

本書(shū)分為四大部分。我們建議你先通過(guò)第一部分獲得一些實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，然后再涉足后面的高級(jí)話題。

第一部分　QPU 編程

第一部分介紹 QPU 編程的核心概念，如量子比特、基本指令，以及如何利用量子疊加態(tài)甚至量子隱形傳態(tài)。利用本書(shū)提供的示例代碼，可以輕松使用模擬器或?qū)嶋H的 QPU 運(yùn)行程序。

第二部分　QPU 原語(yǔ)

第二部分介紹更高層次上的基本算法和技術(shù)細(xì)節(jié)，內(nèi)容包括振幅放大、量子傅里葉變換、相位估計(jì)。你可以把它們當(dāng)作在構(gòu)建應(yīng)用程序時(shí)調(diào)用的“庫(kù)函數(shù)”。要成為熟練的 QPU 程序員，了解它們的工作方式是必經(jīng)之路。有一個(gè)活躍的研究社區(qū)正致力于開(kāi)發(fā)新的 QPU 原語(yǔ)，所以它的未來(lái)可期。

第三部分　QPU 應(yīng)用程序

QPU 應(yīng)用程序組合使用第二部分介紹的原語(yǔ)來(lái)執(zhí)行有用的真實(shí)任務(wù)。QPU 應(yīng)用程序的發(fā)展速度與 QPU 本身一樣快。第三部分給出一些現(xiàn)有的應(yīng)用程序示例。

第四部分　展望

第四部分簡(jiǎn)要介紹一些之前受限于篇幅還沒(méi)有討論的主題。

我們希望你在讀完本書(shū)后理解量子應(yīng)用程序能做什么、它們?yōu)槭裁催@么強(qiáng)大，以及如何判斷哪些問(wèn)題是它們能解決的。

排版約定

本書(shū)使用下列排版約定。

黑體

表示新術(shù)語(yǔ)或重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容。
 

等寬字體（constant width）

表示程序片段，以及正文中出現(xiàn)的變量、函數(shù)名、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)類型、環(huán)境變量、語(yǔ)句和關(guān)鍵字等。
 

加粗等寬字體（constant width bold）

表示應(yīng)該由用戶輸入的命令或其他文本。
 

斜體等寬字體（constant width italic）

表示應(yīng)該由用戶輸入的值或根據(jù)上下文確定的值替換的文本。

　該圖標(biāo)表示提示或建議。

　該圖標(biāo)表示一般性注記。

　該圖標(biāo)表示警告或警示。

使用代碼示例

輔助材料（代碼示例、練習(xí)等）可以從 https://oreilly-qc.github.io 下載 1。

1也可以從圖靈社區(qū)本書(shū)主頁(yè)下載。——編者注

本書(shū)是要幫你完成工作的。一般來(lái)說(shuō)，如果本書(shū)提供了示例代碼，你可以把它用在你的程序或文檔中。除非你使用了很大一部分代碼，否則無(wú)須聯(lián)系我們獲得許可。比如，用本書(shū)的幾個(gè)代碼片段寫(xiě)一個(gè)程序就無(wú)須獲得許可，銷售或分發(fā) O'Reilly 圖書(shū)的示例光盤(pán)則需要獲得許可；引用本書(shū)中的示例代碼回答問(wèn)題無(wú)須獲得許可，將書(shū)中大量的代碼放到你的產(chǎn)品文檔中則需要獲得許可。

我們很希望但并不強(qiáng)制要求你在引用本書(shū)內(nèi)容時(shí)加上引用說(shuō)明。引用說(shuō)明一般包括書(shū)名、作者、出版社和 ISBN，比如“Programming Quantum Computers by Eric R. Johnston, Nicholas Harrigan, and Mercedes Gimeno-Segovia (O'Reilly). Copyright 2019 Eric R. Johnston, Nicholas Harrigan, and Mercedes Gimeno-Segovia, 978-1-492-03968-6”。

如果你認(rèn)為自己對(duì)代碼示例的用法超出了上述許可的范圍，歡迎你通過(guò) permissions@oreilly.com 與我們聯(lián)系。

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致謝

如果沒(méi)有一支對(duì)量子計(jì)算充滿熱情的天才團(tuán)隊(duì)給予支持，本書(shū)是不可能面世的。我們要感謝 Michele、Mike、Kim、Rebecca、Chris 和 O'Reilly 的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，感謝他們的支持和鼓勵(lì)。如果本書(shū)有錯(cuò)誤和疏漏，責(zé)任都在本書(shū)作者。我們誠(chéng)摯地感謝本書(shū)的技術(shù)審校人，他們的寶貴意見(jiàn)使我們受益匪淺。他們是 Konrad Kieling、Christian Sommeregger、Mingsheng Ying（應(yīng)明生）、Rich Johnston、James Weaver、Mike Shapiro、Wyatt Berlinic、Isaac Kim。

EJ 想感謝他的女神 Sue。在他們相遇的那一周，量子計(jì)算對(duì)他才有了意義。EJ 還要感謝他在布里斯托大學(xué)的朋友，他們總是鼓勵(lì) EJ 不要循規(guī)蹈矩。

Nic 感謝 Derek Harrigan 第一個(gè)教會(huì)他二進(jìn)制，還有 Harrigan 家族的其他人給他的愛(ài)和支持。感謝 Shannon Burns 接受他的求婚，成為 Harrigan 家族的準(zhǔn)成員。

Mercedes 感謝 José María Gimeno Blay 在很早以前激發(fā)了她對(duì)計(jì)算機(jī)的興趣，還要感謝 Mehdi Ahmadi 一直以來(lái)給予的支持和靈感。

盡管有些陳詞濫調(diào)，但我們最想感謝作為讀者的你。感謝你對(duì)學(xué)習(xí)新知識(shí)的冒險(xiǎn)精神，感謝你捧起本書(shū)。

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