前  言

量子计算为现代信息技术提供了潜在的从量变到质变的巨大算力。由于这个研究方向的交叉学科性质，还未有一套比较完整的理论体系。为此，我们在课程体系、课程资源建设等方面进行了尝试性的工作，在前期科学研究的基础上编写了这本交叉学科教材——《量子计算导论》。

本书共12章。

第1章  绪论。概述量子信息处理过程、量子算法以及量子计算机等相关问题的研究背景、研究意义及研究现状。

第2章  量子力学引论。介绍量子计算与量子信息的基础知识，包括线性代数、量子力学基本原理、量子比特、量子测量、量子纠缠等。

第3章  计算复杂性。首先介绍两类计算模型，即图灵机模型和线路模型，然后讨论计算复杂性，根据求解的难度对问题进行分类，包括P类和NP 类问题等。

第4章  量子计算模型。介绍量子线路模型和一维量子计算模型。

第5章  基本的量子算法。介绍Deutsch-Jozsa 算法、Simon 算法、BV算法以及量子近似优化算法。

第6章  量子搜索算法。介绍Grover 量子搜索算法及相关改进算法。

第7章  量子傅里叶变换及其应用，介绍量子傅里叶变换，并给出利用量子傅里叶变换的两大基本算法：相位估计和Shor 因子分解算法。

第8章  量子机器学习。介绍HHL 算法、量子奇异值分解、量子主成分分析、量子支持向量机算法和量子神经网络。

第9章  量子噪声和容错。介绍量子噪声、量子纠错码基本理论以及容错量子计算。

第10章  量子密码学。介绍两种具有代表性的量子加密技术：量子密钥分配、量子随机数发生器。

第11章  安全量子计算。介绍安全委托量子计算。

第12章  量子计算机的物理实现。介绍量子计算机可能的物理实现形式：离子阱量子计算机、超导量子计算机和核磁共振量子计算机。

本书旨在提供量子计算的相关理论知识基础，并介绍几种典型的量子算法，总结最新研究成果，使读者能够掌握量子计算的基础理论及发展。本书由浅入深，从基础理论到前沿，具有系统性、交叉性、前沿性等特点，可以作为电子、通信、计算机、数学及信息类交叉学科专业高年级本科生、研究生的教材，也可作为从事量子计算研究人士的入门级读物。

本书在编写过程中得到了清华大学出版社的大力支持，获得了暨南大学教务处的教材项目资助，还得到了暨南大学信息科学技术学院/网络空间安全学院的有力支持，在此对以上单位一并表示感谢。同时，特别感谢许青山同学、黄睿同学、曾晓丹同学、陶红同学、田悠然同学的积极参与，他们为本书的出版付出了努力。

鉴于量子计算的交叉学科性质，本书中的矩阵和向量均使用白斜体表示，特此说明。

由于编者知识水平有限，书中的缺点与错误在所难免，望读者不吝批评、指正。

作者

2021年5月