本書是一本用Python編程實現(xiàn)量子計算的計算機科學專業(yè)書籍，書中使用薛定諤方程對量子計算機的核心知識點量子位、量子門和量子糾纏進行了數(shù)值模擬和仿真。具體內容包括執(zhí)行環(huán)境的準備、量子力學的基礎知識、計算自由空間中電子的運動、狄拉克函數(shù)的引入和使用、計算電子波包的運動、計算勢阱中電子的運動、在量子阱中施加靜電場的方法、計算施加靜電場后電子的運動、如何改進量子阱的形狀等。
讀者對象：已經掌握量子力學基礎知識、想通過數(shù)值模擬學習量子計算機工作原理的所有讀者。
√ 用基本方程進行數(shù)值模擬，實踐性強
量子計算機涉及內容較多，對于那些已經了解量子計算機概念但又覺得量子計算機太抽象、難以深入學習的人來說，本書使用量子力學的基本方程薛定諤方程對量子計算機的基本要素進行數(shù)值模擬，以此來了解量子計算機的工作原理。
√ 生動角色對話引導，趣味性強
因為本書為前沿技術類圖書，而且量子計算、量子計算機涉及內容又較為枯燥，所以本書特別設置了“模擬君”（學習角色）和“程序仙人”（教師角色）兩個角色，通過角色對話展開敘述，在一定程度上增強圖書的生動趣味性。
第0天 準備執(zhí)行環(huán)境
0.1 Python的安裝
0.2 外部模塊的安裝
0.3 文本編輯器Visual Studio Code的準備
O.4 用Pyhon繪圖
0.5 用Python繪制圖形動畫
O.6 數(shù)值積分的執(zhí)行方法
天 迅速掌握量子力學的“超”基礎部分
1.1 電子是兼具“粒子”和“波”特性的量子粒子
1.2 薛定諤方程
1.2.1 什么是薛定諤方程
1.2.2 經典力學的啥密頓算符與量子力學的哈密頓算符
1.2.3 位置算符與動量算符的正則對易關系
1.2.4 位置表象中的薛定諤方程
1.2.5 波函數(shù)的歸一條件
1.2.6 【貼士1】位置表象中正則對易關系的證明
1.3 勢能項不依賴于時間的場合
【貼士2】從“偏微分”到“常微分”的過渡
第2天 計算自由空間中電子的運動
2.1 自由空間中的波函數(shù)
2.1.1 【貼士3】電子的平面波（t=0的快照）
2.1.2 【貼士4】能量單位eV的定義
2.2 平面波的時間依賴性
2.2.1 平面波動畫的程序源碼（Python）
2.2.2 平面波的快照與動畫
2.3 平面波的歸一化
第3天 學習狄拉克δ函數(shù)
3.1 狄拉克δ函數(shù)的引入
【貼士5】赫維賽德的階躍函數(shù)與狄拉克δ函數(shù)的關系
3.2 使用狄拉克6函數(shù)歸一平面波
【貼士6】證明式（3.7）是狄拉克δ函數(shù)的近似表達式
第4天 計算電子波包的運動
4.1 電子波包的制作方法
4.2 高斯波包的運動仿真
4.2.1 電子波包用于動畫的程序源碼（Python）
4.2.2 電子波包的快照與動畫
4.3 波包速度（群速度）的推導
【貼士7】泰勒展開式
補充講解：高斯波包的解析解
第5天 計算勢阱中電子的運動
5.1 無限深勢阱的本征態(tài)
5.2 電子本征態(tài)的運動動畫
繪制量子阱內電子本征態(tài)動畫的程序源碼（Python）
5.3 確認能量本征函數(shù)的正交性
5.3.1 確認能量本征函數(shù)的正交性的程序源碼（Python）
5.3.2 確認計算結果
5.3.3 【貼士8】證明本征函數(shù)是正交的且能量是實數(shù)
第6天 量子阱中施加靜電場的方法
6.1 施加靜電場后的哈密頓算符與本征方程
【貼士9】傅里葉級數(shù)展開
6.2 滿足展開系數(shù)的聯(lián)立方程的推導
6.2.1 【貼士10】確認矩陣乘積的計算方法
6.2.2 【貼士11】單位矩陣與逆矩陣
6.3 矩陣的本征值與本征向量
【貼士12】關于本征值問題的解法
第7天 計算施加靜電場后電子的運動
7.1 〈m｜V｜n〉的數(shù)值積分
〈m｜V｜n〉的數(shù)值積分的程序源碼（Python）
7.2 矩陣的本征值問題的數(shù)值計算
7.2.1 埃爾米特矩陣的本征值問題的程序源碼（Python）
7.2.2 【貼士13】轉置矩陣、對稱矩陣與正交矩陣
7.2.3 【貼士14】埃爾米特共軛、埃爾米特矩陣與幺正矩陣
7.2.4 【貼士15】埃爾米特矩陣的本征值與本征向量的特征
7.3 檢查本征函數(shù)的空間依賴性
基態(tài)與激發(fā)態(tài)的本征函數(shù)的空間分布的程序源碼（Python）
7.4 確認靜電場強度依賴性
【貼士16】斯塔克效應的定性描述
7.5 計算空間分布的中心
基態(tài)與 激發(fā)態(tài)的位置期望值的程序源碼（Python）
第8天 改進量子阱的形狀
8.1 量子阱的本征態(tài)與量子位的關系
8.2 勢壘量子阱的本征態(tài)
8.3 嘗試對勢壘量子阱施加靜電場
第9天 對量子阱施加電磁波的方法
9.1 復習麥克斯韋方程組
9.1.1 【貼士17】向量微分運算▽與四種使用方法
9.1.2 【貼士18】向量微分運算▽的公式
9.2 電磁場中電子的哈密頓算符
9.3 計算算法的推導
9.3.1 【貼士19】算符為向量時的對易關系
9.3.2 【貼士20】算符為冪運算時的對易關系
9.3.3 【貼士21】式（9.27）的推導
9.4 注入電磁波的方法
0天 向量子阱注入電磁波
10.1 用 簡單的體系檢查龍格·庫塔法的操作
10.1.1 檢查基態(tài)的簡諧運動的程序源碼（Python）
10.1.2 檢查計算結果
10.2 檢查Xnm的計算
Xnm的計算結果
10.3 通過電磁波模擬狀態(tài)躍遷
10.3.1 狀態(tài)躍遷仿真（基態(tài)→激發(fā)態(tài)）的程序源碼（Python）
10.3.2 檢查計算結果
10.4 檢查角頻率偏移時的拉比振蕩
檢查計算結果
10.5 拉比振蕩的解析解
1天 實現(xiàn)一個量子位門
11.1 通過改進版量子阱確認拉比振蕩
11.2 關于一個量子位的基本量子門
11.2.1 恒等門I
11.2.2 相移門Pθ
11.2.3 非門X
11.2.4 阿達瑪門H
11.3 量子門與物理操作的對應關系
11.3.1 對相移門的物理操作
11.3.2 對恒等門的物理操作
11.3.3 對非門的物理操作
11.3.4 對阿達瑪門的物理操作
11.4 實現(xiàn)一個量子位的 單一門
2天 如何排列量子阱
12.1 兩個粒子的薛定諤方程
12.1.1 同種類的兩個粒子的波函數(shù)
12.1.2 粒子的概率密度分布
12.1.3 兩個粒子不依賴于時間的啥密頓算符
12.1.4 兩個粒子
書單推薦
