本书系统介绍量子线路和量子程序设计的基础知识及原理方法，精选的内容与编程实例旨在帮助学生培养量子程序设计、调试和分析等方面的基本能力，从而为将来的学习、研究和应用奠定基础。
全书既注重原理，又注重实践，学生通过编程训练和实践能更准确地理解量子计算的基本概念和基础理论。本书概念讲解清楚，逻辑性强，通俗易懂，并配有大量图表、例题和习题，是初学量子计算和量子程序设计的理想教材，可作为高等学校相关专业本科生和研究生的教材，也可供广大从事量子信息科学研究的科技人员和学习量子程序设计的自学者参考。

第1章 概论
1.1 量子和量子力学
1.1.1 量子的概念
1.1.2 量子力学的产生
1.2 量子比特
1.2.1 经典比特到量子比特
1.2.2 量子比特的重要概念
1.2.3 量子比特物理实现方式
1.2.4 经典比特与量子比特的区别
1.3 量子计算
1.3.1 经典计算到量子计算
1.3.2 经典计算和量子计算的区别
1.3.3 量子计算简史
1.4 量子程序与量子编程
1.5 典型量子程序开发平台
小结
习题
第2章 量子比特与布洛赫球表示
2.1 量子比特的数学描述
2.2 量子比特几何图像
2.3 量子比特的布洛赫球表示
2.3.1 复平面单位圆
2.3.2 量子态的原始极坐标表示
2.3.3 全局相位不变性
2.3.4 一化约束
2.3.5 半角处理
2.4 布洛赫球的性质
2.5 量子测量
2.5.1 投影测量
2.5.2 正交基与量子态测量
2.5.3 计算基下测量的完备性
2.6 纯态、混态及其密度矩阵
2.7 量子门与量子态变迁
2.7.1 酉变换与酉算符
2.7.2 单量子比特的状态演化可视化
小结
习题
第3章 单量子比特门
3.1 单量子比特门OpenQASM语句
3.2 Pauli门
3.2.1 Pauli-X门
3.2.2 Pauli-Y门
3.2.3 Pauli-Z门
3.3 Hadamardf
3.4 相位门
3.4.1 S门
3.4.2 T门
3.4.3 S门
3.4.4 T门
3.4.5 P门
3.5 旋转门
3.5.1 RX门
3.5.2 RY门
3.5.3 RZ门
3.6 任意轴旋转门Rn（θ）
小结
习题
第4章 多量子比特门
4.1 多量子比特门OpenQASM语句
4.2 张量积
4.2.1 张量积的定义和性质
4.2.2 线性算子的张量积
4.3 多量子比特状态空间表示
4.4 受控非门
4.5 互换门
4.6 Toffoli门
4.7 Fredkin门
4.8 量子态演化
小结
习题
第5章 基于量子汇编指令的量子线路设计
5.1 量子汇编指令语言OpenQASM
5.1.1 OpenQASM语言基本语句
5.1.2 OpenQASM量子线路编程实例
5.1.3 图形化量子线路开发工具Quantum Composer
5.2 OpenQASM量子线路设计与调试
5.2.1 Bell态观测实验
5.2.2 OpenQASM自定义门的构建
5.2.3 量子线路图的输入与编辑
5.2.4 量子线路的单步调试
5.2.5 结果实时可视化与分析
5.2.6 模拟器运行
5.2.7 远程实体机运行
5.3 量子逻辑门
5.3.1 经典可逆AND门和量子AND门
5.3.2 经典可逆OR门和量子OR门
5.3.3 量子AND和量子OR的位扩展
5.4 量子加法器
5.4.1 经典单比特加法器
5.4.2 量子全加器模型
5.4.3 4位量子全加器的实现
5.5 量子相位反冲
小结
习题
第6章 基于Python的量子程序设计
6.1 IBM量子程序开发套件
6.1.1 Qiskit总体架构
6.1.2 Qiskit的安装
6.2 Qiskit量子程序代码框架
6.2.1 量子线路的创建与绘制
6.2.2 编译量子线路
6.2.3 量子线路在后端运行
6.2.4 结果可视化与分析
6.3 模拟器运行
6.3.1 Qasm Simulator
6.3.2 Statevector Simulator
6.3.3 Unitary Simulator
6.4 实体机运行
6.5 量子态可视化
6.5.1 单量子比特布洛赫球表示可视化
6.5.2 多量子比特布洛赫球表示可视化
6.6 量子比特初态制备
6.6.1 单量子比特初态制备
6.6.2 多量子比特初态制备
6.7 量子比特态测量实验
6.7.1 量子比特态测量原理
6.7.2 量子比特态测量实验与实现
小结
习题
第7章 量子算法原理与实现
7.1 Deutsch-Jozsa算法
7.1.1 算法描述
7.1.2 量子线路
7.1.3 编程实现
7.1.4 结果分析
7.2 Grover算法
7.2.1 算法描述
7.2.2 量子线路
7.2.3 编程实现
7.2.4 结果分析
7.3 量子傅里叶变换
7.3.1 原理描述
7.3.2 量子线路
7.3.3 编程实现
7.3.4 结果分析
7.4 量子相位估计
7.4.1 原理描述
7.4.2 量子线路
7.4.3 编程实现
7.4.4 结果分析
7.5 Shor算法
7.5.1 算法描述
7.5.2 量子线路
7.5.3 编程实现
7.5.4 结果分析
7.6 HHL算法
7.6.1 算法描述
7.6.2 量子线路
7.6.3 编程实现
7.6.4 结果分析
小结
习题
参考文献