颠覆:迎接第二次量子革命

郭光灿中国科学院院士，发展中国家科学院

子信息科学的开创者、奠基人。创建了我国首家量子信息实验室，带领团队提出“量子避错编码原理”“量子概率克隆原理”；研制成功国内首个光纤量子密钥系统，发明了“量子路由器”，建成了世界首个量子政务网络；实验制备了光子的波动态和粒子态的任意叠加态，并同时观察到光子的波动性和粒子性，挑战了玻尔互补原理设定的界限；在光量子存储领域，将相干光的存储时间提升至1小时，刷新了世界纪录；率先演示了多模式量子中继并实现了两个固态存储器的量子纠缠等。曾获国家自然科学奖二等奖两项，安徽省科学技术奖一等奖三项，教育部高等学校技术发明奖一等奖一项、高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）自然科学奖一等奖一项、安徽省重大科技成就奖一项。

总序（杨玉良）/i

序言（杨国桢）/v

前言（郭光灿）/vi

第一章“量子”究竟是什么/1

一、“量子理论”的诞生3

二、“波动-粒子”二象性——光子的双缝干涉19

三、描述量子世界的“量子语言”——量子态27

第二章爱因斯坦的“幽灵”/33

一、爱因斯坦与玻尔的争论35

二、EPR佯谬 48

三、EPR思想实验的回应与影响54

四、爱因斯坦与玻尔争论的焦点与实质62

五、“幽灵”可否用来实现超光速通信68

第三章神奇的量子非局域性/73

一、贝尔定理与非局域性75

二、量子纠缠90

三、量子隐形传态96

四、量子技术能否将人瞬间转移103

第四章薛定谔猫究竟是怎么死亡的/107

一、薛定谔猫佯谬109

二、哥本哈根学派：量子测量导致波包塌缩是“猫”的死因121

三、环境消相干导致薛定谔猫的死亡吗127

四、薛定谔猫的自然死亡135

第五章第二次量子革命/141

一、第二次量子革命是什么143

二、量子力学与广义相对论的融合问题158

三、传统量子力学向何处发展165

四、万物源于真空176

第六章量子计算-——颠覆性的新技术/183

一、从摩尔定律的终结到量子计算的诞生185

二、量子计算机的工作原理186

三、量子编码 192

四、量子算法198

五、量子计算的物理实现206

六、量子计算的发展现状与前景219

七、量子计算机带来的颠覆性影响226

第七章量子密码果真绝对安全吗/233

一、传统密码技术面临的挑战235

二、量子密码的诞生250

三、实用的量子密码260

四、量子密码的发展262

五、量子技术时代的信息安全268

第八章量子模拟中的有趣量子现象/273

一、量子模拟的原理275

二、量子麦克斯韦妖277

三、马约拉纳零模281

四、拓扑物相288

第九章量子优盘/295

一、量子存储器：概念及应用297

二、固态量子存储器303

三、实现量子优盘 312

四、总结与展望321

主要参考文献/325

众所周知，人类即将跨入量子技术新时代。量子信息是如何发展起来的？能为我们的生活带来哪些新技术？年轻一代如何迎接第二次量子革命？诸多疑问，都能在本书中找到答案。  全书沿着量子理论发展的脉络，从“量子论”的诞生讲到两场世纪大争论，阐释了第二次量子革命的内涵和前景，介绍了量子计算等新技术的发展，通俗讲述了量子力学的基本知识，生动展示了量子信息技术的魅力，是难得一见的走进量子世界的导引书。本书融科学性、知识性和趣味性于一体，有助于社会大众了解量子世界从基础到前沿的全貌，更是大学生学习入门的重要读物。