27.12.2004
Principles of Quantum Computation and Information
Benenti, Casati, Strini
Principles of Quantum Computation and Information, Volume I: Basic Concepts
In der Einleitung greifen die Autoren ein Zitat von Schrödinger (1952) auf: "...we are not experimenting with single particles, any more than we can raise Ichthyosauria in the zoo." Heutzutage ist es Routine, mit einzelnen Elektronen, Atomen und Molekülen zu experimentieren, und so ist es an der Zeit für ein Lehrbuch über Quanteninformation.
Dieses Buch wendet sich an Studenten und Hochschulabsolventen der Physik, Mathematik und Informatik. Es handelt sich um eine Einführung in Quanteninformation und Quanten-Computing, bei der keine Vorkenntnisse über klassisches Computing oder Quantenmechanik vorausgesetzt werden.
Die Themenauswahl ist den drei Autoren durchaus geglückt. Alle wichtigen grundlegenden Themen, wie das No-Cloning-Theorem, Quantenteleportation, Superdichte Kodierung, Quantenkryptographie, Quantengatter und Quantennetzwerke, Quantensimulationen, sowie die Algorithmen von Deutsch-Jozsa, Shor und Grover werden verständlich und gut strukturiert vorgestellt. Allerdings wird die Gewichtung nicht immer der Bedeutung des Themas gerecht: Während Quantennetzwerke in aller Ausführlichkeit präsentiert werden, kommt der zentrale Shor-Algorithmus ein wenig zu kurz, und der Grover-Algorithmus ließe sich übersichtlicher erklären. Auch die Quantenkryptographie hätte etwas mehr Platz verdient. Experimentelle Implementationen werden in diesem Band nur kurz erwähnt. Gut gelungen und in kaum einem anderen Buch zu finden sind unter anderem die Abschnitte über Quanten-Phasenabschätzung und den Algorithmus zum Auffinden von Eigenvektoren und Eigenwerten sowie einige Ausflüge ins Quantenchaos.
Der Stil dieses Lehrbuchs ist klar, übersichtlich und homogen. An manchen Stellen würde man sich jedoch Querverweise und logische Verbindungen wünschen, so z. B. beim ersten Auftauchen eines "bra"-Vektors bzw. einer unitären Transformation. Erst später wird die physikalische Bedeutung und der Zusammenhang mit einer quantenmechanischen Wellenfunktion bzw. der Zeitentwicklung aufgrund der Schrödinger-Gleichung erläutert. In der Gestaltung dieses Buches sind die insgesamt 48 Übungsaufgaben besonders hervorzuheben. Sie sind in den Text eingebettet und ermöglichen eine selbstständige Vertiefung des Stoffs. Eine wertvolle Hilfe sind ferner die Literaturhinweise am Ende jeden Kapitels.
Insgesamt handelt es sich hier um ein didaktisch überzeugendes Buch, das dem Leser, der sich systematisch in die Grundlagen der Quanteninformation einarbeiten will, wärmstens empfohlen werden kann. Offen bleibt nur der Zusammenhang zwischen der Gestaltung des Einbands und dem Thema Quanteninformation.
In der Einleitung greifen die Autoren ein Zitat von Schrödinger (1952) auf: "...we are not experimenting with single particles, any more than we can raise Ichthyosauria in the zoo." Heutzutage ist es Routine, mit einzelnen Elektronen, Atomen und Molekülen zu experimentieren, und so ist es an der Zeit für ein Lehrbuch über Quanteninformation.
Dieses Buch wendet sich an Studenten und Hochschulabsolventen der Physik, Mathematik und Informatik. Es handelt sich um eine Einführung in Quanteninformation und Quanten-Computing, bei der keine Vorkenntnisse über klassisches Computing oder Quantenmechanik vorausgesetzt werden.
Die Themenauswahl ist den drei Autoren durchaus geglückt. Alle wichtigen grundlegenden Themen, wie das No-Cloning-Theorem, Quantenteleportation, Superdichte Kodierung, Quantenkryptographie, Quantengatter und Quantennetzwerke, Quantensimulationen, sowie die Algorithmen von Deutsch-Jozsa, Shor und Grover werden verständlich und gut strukturiert vorgestellt. Allerdings wird die Gewichtung nicht immer der Bedeutung des Themas gerecht: Während Quantennetzwerke in aller Ausführlichkeit präsentiert werden, kommt der zentrale Shor-Algorithmus ein wenig zu kurz, und der Grover-Algorithmus ließe sich übersichtlicher erklären. Auch die Quantenkryptographie hätte etwas mehr Platz verdient. Experimentelle Implementationen werden in diesem Band nur kurz erwähnt. Gut gelungen und in kaum einem anderen Buch zu finden sind unter anderem die Abschnitte über Quanten-Phasenabschätzung und den Algorithmus zum Auffinden von Eigenvektoren und Eigenwerten sowie einige Ausflüge ins Quantenchaos.
Der Stil dieses Lehrbuchs ist klar, übersichtlich und homogen. An manchen Stellen würde man sich jedoch Querverweise und logische Verbindungen wünschen, so z. B. beim ersten Auftauchen eines "bra"-Vektors bzw. einer unitären Transformation. Erst später wird die physikalische Bedeutung und der Zusammenhang mit einer quantenmechanischen Wellenfunktion bzw. der Zeitentwicklung aufgrund der Schrödinger-Gleichung erläutert. In der Gestaltung dieses Buches sind die insgesamt 48 Übungsaufgaben besonders hervorzuheben. Sie sind in den Text eingebettet und ermöglichen eine selbstständige Vertiefung des Stoffs. Eine wertvolle Hilfe sind ferner die Literaturhinweise am Ende jeden Kapitels.
Insgesamt handelt es sich hier um ein didaktisch überzeugendes Buch, das dem Leser, der sich systematisch in die Grundlagen der Quanteninformation einarbeiten will, wärmstens empfohlen werden kann. Offen bleibt nur der Zusammenhang zwischen der Gestaltung des Einbands und dem Thema Quanteninformation.
Prof. Dr. Dagmar Bruß, Institut für Theoretische Physik III, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
Weitere Infos:
- G. Benenti, Giulio Casati, Giuliano Strini: Principles of Quantum Computation and Information, Volume I: Basic Concepts
World Scientific
Publishing, Singapore 2004. 272 S., Paperback,
ISBN 9812388303
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