Optical Computing and Neural Networks (Proceedings of S P I E, Vol 1812) pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Society of Photo Optical

作者:Ken Y. Hsu

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1992-12

价格:USD 66.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780819410122

丛书系列:

图书标签:

Optical computing
Neural networks
Optical signal processing
Parallel processing
Holographic computing
Image processing
Artificial intelligence
Pattern recognition
Optical architectures
Computational neuroscience

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具体描述

好的，以下是基于您的要求，为一本假想的、不涉及“Optical Computing and Neural Networks (Proceedings of SPIE, Vol 1812)”的图书撰写的详细简介。 --- 《量子信息处理中的拓扑结构与容错编码》作者： [虚构作者姓名，例如：陈宇，张丽] 出版社： [虚构出版社，例如：全球科技出版社] ISBN： [虚构ISBN，例如：978-1-23456-789-0] 导言：迈向更稳定、更强大的量子计算范式当前，通用量子计算机的构建仍面临着一个核心挑战：退相干。量子比特（Qubit）的脆弱性使得长时间、高保真度的量子态操控异常困难。为了克服这一固有的噪声问题，研究人员将目光投向了拓扑学这一数学分支。拓扑学关注的是在连续形变下保持不变的属性，这为设计本质上抵抗局部扰动的量子信息载体提供了革命性的思路。《量子信息处理中的拓扑结构与容错编码》一书，深入探讨了如何利用拓扑学的深层原理，从基础理论到实际应用，构建具有内在鲁棒性的量子系统。本书旨在为高年级本科生、研究生、以及在量子信息、凝聚态物理和计算机科学领域工作的研究人员，提供一个全面而深入的视角，理解拓扑量子计算（TQC）的核心机制、新兴的编码方案以及其实际工程化所面临的机遇与挑战。 --- 第一部分：拓扑基础与物理实现 (Fundamental Topology and Physical Realization) 第一章：拓扑学在物理系统中的投影本章首先回顾了基础拓扑概念，如同胚、连通性和亏格。随后，重点阐述了这些抽象概念如何具体化为物理系统中的性质。我们将探讨拓扑不变量的概念，及其在描述材料的宏观行为（如霍尔电导率）中的关键作用。重点分析了布拉赫能带理论中的拓扑绝缘体（TIs）和拓扑半金属，介绍如何通过计算陈数（Chern Number）来表征这些材料的拓扑非平庸性。第二章：任意子与非阿贝尔统计拓扑量子计算的核心在于使用任意子（Anyons）作为信息载体。本章详细介绍了任意子的定义，特别是区分了阿贝尔任意子和非阿贝尔任意子。非阿贝尔任意子（如分数量子霍尔效应中的准粒子）的交换操作（Braiding）具有非交换性，这种非交换性正是实现容错量子门操作的基础。书中详细剖析了理论模型，如Kitaev的Toric Code模型中出现的 $mathbb{Z}_2$ 任意子，并讨论了如何通过实验手段（如扫描隧道显微镜或低温量子器件）来观测和操纵这些准粒子。第三章：拓扑量子比特的硬件平台本章聚焦于实现拓扑量子比特的潜在物理平台。重点比较了多种前沿技术：基于马约拉纳零能模（MZMs）的半导体纳米线异质结，这种结构有望在拓扑保护下实现容错计算；基于拓扑超导体的构建方法；以及在二维电子气系统中诱导和控制任意子对。章节末尾讨论了当前实验中面临的挑战，包括如何实现高纯度的MZMs以及如何有效地编织这些准粒子。 --- 第二部分：拓扑量子编码与容错 (Topological Quantum Coding and Fault Tolerance) 第四章：基于格模型的量子编码本部分的核心是阐述如何将拓扑概念转化为有效的量子错误修正码（QECC）。Toric Code（表面码）作为最著名的拓扑码之一，在本章中得到详尽的数学推导和物理解释。我们将详细分析其哈密顿量、计算基底（Code Space）的定义，以及如何通过测量稳定子（Stabilizers）来诊断错误而无需破坏量子信息。通过对二维网格的讨论，展示了该代码对局部比特翻转错误和相位翻转错误的固有抵抗力。第五章：更高级的拓扑码与表面码的扩展本章超越了最基础的Toric Code，探讨了更具实际潜力的拓扑编码方案。重点介绍表面码（Surface Code），这是目前被认为最有希望扩展到大规模计算的编码。详细分析了表面码的结构、其容错阈值（Fault-Tolerance Threshold）的计算，以及如何在有限的二维空间中嵌入逻辑量子比特。此外，还简要介绍了其他相关的拓扑码家族，例如Kitaev的颜色码（Color Codes），它们在更高维度和不同拓扑结构下提供的潜在优势。第六章：拓扑容错门的实现与编织操作量子计算不仅需要存储信息，还需要执行逻辑运算。本章探讨了如何基于拓扑保护的特性来执行量子门。对于阿贝尔任意子系统，通过编织操作可以直接实现某些门操作。然而，实现通用计算（如CNOT门）需要非阿贝尔任意子。本书详细阐述了如何通过特定路径的编织序列，利用非阿贝尔任意子的交换矩阵，来实现精确的量子逻辑门，同时保持计算过程的拓扑不变性。 --- 第三部分：理论前沿与工程挑战 (Theoretical Frontiers and Engineering Hurdles) 第七章：拓扑量子计算的度量与诊断即使在拓扑保护下，计算过程中仍然会引入错误，例如，编织路径不够精确或局部扰动过于剧烈。本章侧重于拓扑容错计算的误差诊断和解码过程。我们将研究低延迟解码算法，这些算法必须快速地将测量到的稳定子数据（错误子）映射到最可能的错误序列上。书中讨论了基于机器学习和基于图算法（如最小权重完美匹配）的现代解码策略，并评估了这些策略在实时系统中的性能。第八章：从编码到大规模系统集成构建实际的拓扑量子计算机是一个巨大的工程挑战。本章探讨了从理论模型到可操作硬件的关键桥梁。内容包括：如何设计高效的逻辑电路布局以最小化布线长度和编织操作的复杂性；错误泄漏（Error Leakage）问题的处理，即如何确保非逻辑态不会泄漏到拓扑代码空间之外；以及拓扑代码的堆叠与模块化，以实现超越单片器件限制的系统扩展。第九章：新兴的拓扑量子计算模型与展望本书的最后一部分展望了拓扑量子计算领域的最新发展。探讨了高维拓扑码（如3D表面码）在提高容错能力方面的潜力；非马约拉纳任意子的探索，例如在分数霍尔效应中寻找可以提供更丰富门集的新型准粒子；以及将拓扑保护原理应用于拓扑量子存储器的研究。本章总结了拓扑方法在应对未来量子霸权挑战中的战略地位。 --- 总结《量子信息处理中的拓扑结构与容错编码》提供了一套完整的知识体系，将深奥的拓扑数学与前沿的量子硬件工程紧密结合。通过详尽的理论分析和对关键实验平台的深入探讨，本书为读者提供了一把理解和设计下一代抗噪声量子处理器的关键钥匙。它强调，通过对自然界内在对称性的深刻利用，人类有望最终驯服量子噪声，实现真正强大的通用量子计算。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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真正让我眼前一亮的是书中关于**脉冲光计算**的部分，它彻底颠覆了我对传统数字处理的思维定势。作者们巧妙地利用**飞秒激光脉冲的非线性自作用**，来编码和处理信息。这种处理方式的精髓在于“时间维度”的信息压缩，即在单个光脉冲内部，信息的载荷不再是简单的“0”或“1”，而是通过脉冲的展宽、啁啾、峰值功率等多个可调参数来实现多比特编码。书中详细描述了如何利用**光克尔效应**和**自相位调制（SPM）**实现高速逻辑门的操作，这种将信息载体从稳态光场转向瞬态、高能光场的做法，极大地提高了单位时间内的信息吞吐量。虽然实现难度极高，需要极其精确的激光器和反馈控制系统，但作者们并没有回避这些工程上的巨大挑战，反而提供了一些基于**机器学习优化脉冲整形**的初步探索方案，显示出他们紧跟最新交叉学科动态的敏锐度。这本书的价值在于，它不只介绍了“已知”的光学计算方法，更是在勇敢地描绘“可能”的未来计算范式，那种对现有瓶颈的直面和突破欲望，是极具感染力的。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程中，我最大的感受是它在**非线性光学**与信息编码方面展现出的那种近乎诗意的洞察力。作者们并没有满足于线性光学带来的优势，而是大胆地探索了如何利用高强度激光与介质相互作用产生的二次谐波、参量下转换等效应来实现更高级别的并行处理。书中对于**光计算中的“自适应”机制**的阐述尤其精彩，它不仅仅是简单地堆砌更多的光路，而是探讨了如何让光本身具备“学习”的能力，这无疑触及了人工智能硬件加速的核心痛点。他们详细分析了几种基于光诱导折射率变化的动态光栅模型，并将其应用于**实时模式识别**的场景，那些复杂的傅里叶变换和卷积操作，在光域中仿佛被瞬间“冻结”并高效完成，那种速度上的飞跃感，通过文字都能强烈感受到。我甚至能够想象，在某些对延迟极其敏感的金融交易系统或实时目标跟踪应用中，这些技术将如何发挥革命性的作用。书中引用的案例研究，虽然是模拟数据，但其逻辑链条完整且严密，从物理原理推导出系统性能的提升，层层递进，逻辑严密得让人无法反驳，这并非一本空谈概念的读物，它是有着坚实物理学根基的工程蓝图。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排上，体现出一种从宏观到微观，再回归系统层面的平衡美感。前半部分对**光存储技术**的梳理，虽然并非重点，但其对**全息存储**介质选择的比较分析，展现了作者广阔的知识面。他们对光敏聚合物、光致变色材料等不同介质的存储密度、读写速度和持久性的权衡，提供了极其详尽的对比表格，这对于那些希望设计下一代数据中心存储架构的研究人员来说，无疑是打开了一扇窗。令人惊喜的是，书中随后没有直接跳到最新的神经形态计算，而是花了一整章讨论了**光子晶体在波长复用与滤波**中的应用，这种对基础光子器件精度的执着，说明作者深知，没有完美的底层元件，再宏伟的计算系统也只是空中楼阁。特别是关于**二维光子晶体缺陷模式**的理论推导，虽然数学推导颇为繁复，但一旦掌握其精髓，就能理解如何精确控制光子的行进路径，这对于构建高密度、低串扰的光互连网络至关重要。整个论述过程，像一位经验老到的工匠在打磨他的工具，细致入微，不放过任何一个微小的瑕疵。

评分☆☆☆☆☆

这本书的学术深度和广度令人叹服，特别是它在**将理论概念与实际应用案例的对接**方面所做的努力，让我感觉这不仅仅是一本会议论文集，更像是一部精心编纂的行业白皮书。书中穿插的多个**“产业前沿观察”**小节，虽然篇幅不长，但信息密度极高。例如，在讨论**光子神经网络加速器**时，作者们深入对比了基于Mach-Zehnder干涉仪阵列和基于电光调制器的两种主流架构在能效比上的差异，并结合当时主流半导体制造工艺的成本估算，给出了一个非常现实的部署路线图建议。这种将物理性能、工程可行性与经济成本三者纳入考量的综合分析框架，是非常难得的。更让我印象深刻的是，作者在讨论特定器件（如MZI开关）的非理想效应时，并未用模糊的“误差”带过，而是量化了由于**串扰和热漂移**导致的误码率上升曲线，并提出了基于反馈回路补偿的解决方案。这种对实际系统中“噪声”源头的透彻理解和量化处理，是区分优秀技术文献和普通理论阐述的关键所在，它让这本书的实用价值在学术界和工业界都得到了极大的提升。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计着实引人注目，那深邃的蓝色背景上点缀着仿佛星云般的光斑，让人立刻联想到高深莫测的科学前沿。当我翻开前言，作者们用一种极其严谨而又充满激情的笔触，勾勒出光子学在信息处理领域颠覆性的潜力。他们并没有沉湎于量子力学的复杂公式，而是聚焦于如何将光学元件的特性转化为实际的计算架构。书中对于**光子集成电路**的探讨，尤其深入，详细阐述了不同材料体系（如硅基光子学与铌酸锂调制器）的优势与瓶颈，那种对细节的执着，让每一个器件的参数都仿佛可以触摸到。特别是关于**波导耦合器的设计优化**那一章，作者们通过大量的仿真数据对比，清晰展示了如何通过精细的几何结构控制损耗和耦合效率，这对于任何一个在光通信或光计算领域深耕的工程师来说，都是一份宝贵的参考手册。我特别欣赏他们对“可制造性”的关注，许多理论模型往往在实验室中光彩夺目，但在实际晶圆生产线上却寸步难行，而这本书始终保持着脚踏实地的态度，讨论了光刻精度、薄膜沉积均匀性对最终器件性能的制约，这种务实的精神，使得整本书的价值远超单纯的理论综述，更像是一份兼具前瞻视野和工程实操指南的综合报告。整本书的排版清晰、图表精美，即便是面对如此前沿的主题，阅读体验也十分流畅，令人爱不释手。

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