量子大趋势

量子力学的发展历史波澜壮阔。当前，量子科技处于加速度的关键时刻，量子技术在国家和全球范围内取得的进展超出了预期。可以预见，基于量子技术的量子竞争，将会改变人类现有的生产和生活方式，甚至影响世界格局。

本书概述了“第二次量子科技革命”的重要性，简单介绍了量子计算机、量子通信与量子传感器的出现，进而形成量子物联网的未来产业，以及现代公民应该具备哪些基本量子素养以面对时代的崭新变局。并且，作者敏锐地注意到，量子科技时代的应用研究与教育的新特色。在这本书中，作者就如何将量子科技教育纳入现代教育，如何将其从中学延续到大学，提出了方案，并以实验作为支持。通过本书，读者将对未来量子科技产业及其对人类社会的影响有所了解，并能够将晦涩、深奥的量子知识转化成生活常识。

量子力学的发展历史波澜壮阔。当前，量子科技处于加速度的关键时刻，量子技术在国家和全球范围内取得的进展超出了预期。可以预见，基于量子技术的量子竞争，将会改变人类现有的生产和生活方式，甚至影响世界格局。

本书概述了“第二次量子科技革命”的重要性，简单介绍了量子计算机、量子通信与量子传感器的出现，进而形成量子物联网的未来产业，以及现代公民应该具备哪些基本量子素养以面对时代的崭新变局。并且，作者敏锐地注意到，量子科技时代的应用研究与教育的新特色。在这本书中，作者就如何将量子科技教育纳入现代教育，如何将其从中学延续到大学，提出了方案，并以实验作为支持。通过本书，读者将对未来量子科技产业及其对人类社会的影响有所了解，并能够将晦涩、深奥的量子知识转化成生活常识。

张庆瑞，曾任台湾大学代理校长，目前任中原大学物理学系讲座教授，主要研究量子计算及其应用、自旋电子学、拓扑绝缘体与二维电子系统的自旋传输、磁性体的动态翻转机制等。他长期从事物理学的教学与研究，尤其注重物理学的工业应用，是国际电气和电子工程师协会会士（IEEE Fellow）、美国物理学会会士（APS Fellow），目前担任中原大学-富士通计算中心主任。他在磁学、电子学、量子信息等领域多有建树，其在工业领域的贡献获得了业界的高度赞赏，颇具权威性。

章

量子霸权已经降临

节  知识应用推动的历次科技革命 · 003

第二节  “第二次量子科技革命”出现的背景与特色 · 009

第三节  后硅谷时代的全球量子科技竞赛 · 013

第四节  量子计算机的分类与产业近况 · 018

小  结 · 020

第二章

从量子论到量子力学

节  思想起源及时代背景 · 031

第二节  原子模型的演化过程 · 042

第三节  量子力学的崛起 · 046

第三章

高维度的数学空间

节  量子态与复数空间 · 063

第二节  向量空间与希尔伯特空间 · 067

小  结 · 072

第四章

可逆量子运算

节  可逆与不可逆过程 · 077

第二节  “麦克斯韦妖”与熵的关系 · 083

第三节  信息熵的意义与影响 · 086

第四节  可逆的量子计算机 · 092

小  结 · 095

第五章

量子比特与量子计算机

节  量子的特性 · 101

第二节  量子图灵机 · 105

第三节  量子比特 · 110

第四节  量子逻辑门与预言机 · 118

第五节  低温电子学 · 124

第七节  量子计算机的种类 · 132

第八节  量子纠错与容错 · 135

小  结 · 137

第六章

量子算法

节  什么是算法 · 143

第二节  量子算法 · 146

第三节  如何开始量子计算 · 164

小  结 · 169

第七章

量子计算应用

节  量子计算现况 · 175

第二节  量子计算应用领域 · 181

小  结 · 199

第八章

量子计量学与量子传感器

节  特殊的生物量子传感 · 205

第二节  计量与传感 · 206

小  结 ·  219

第九章

量子通信与量子互联网

节  加密传输的重要性 ·  225

第二节  量子加密 ·  231

第三节  量子通信 ·  236

第四节  量子互联网 ·  244

小  结 ·  248

第十章

量子教育与世界未来

节  量子常识与知识 ·  253

第二节  量子游戏与量子科幻 ·  255

第三节  量子教育 ·  263

第四节  后硅谷时代的量子新世界 ·  267

小  结 ·  271

附录一  全球主要国家或地区量子科技发展现状  ·  277

附录二  全球主要公司的量子科技发展现状

量子力学的发展历史波澜壮阔。当前，量子科技处于加速度的关键时刻，量子技术在国家和全球范围内取得的进展超出了预期。可以预见，基于量子技术的量子竞争，将会改变人类现有的生产和生活方式，甚至影响世界格局。

本书概述了“第二次量子科技革命”的重要性，简单介绍了量子计算机、量子通信与量子传感器的出现，进而形成量子物联网的未来产业，以及现代公民应该具备哪些基本量子素养以面对时代的崭新变局。并且，作者敏锐地注意到，量子科技时代的应用研究与教育的新特色。在这本书中，作者就如何将量子科技教育纳入现代教育，如何将其从中学延续到大学，提出了方案，并以实验作为支持。通过本书，读者将对未来量子科技产业及其对人类社会的影响有所了解，并能够将晦涩、深奥的量子知识转化成生活常识。

张庆瑞，曾任台湾大学代理校长，目前任中原大学物理学系讲座教授，主要研究量子计算及其应用、自旋电子学、拓扑绝缘体与二维电子系统的自旋传输、磁性体的动态翻转机制等。他长期从事物理学的教学与研究，尤其注重物理学的工业应用，是国际电气和电子工程师协会会士（IEEE Fellow）、美国物理学会会士（APS Fellow），目前担任中原大学-富士通计算中心主任。他在磁学、电子学、量子信息等领域多有建树，其在工业领域的贡献获得了业界的高度赞赏，颇具权威性。

章

量子霸权已经降临

节  知识应用推动的历次科技革命 · 003

第二节  “第二次量子科技革命”出现的背景与特色 · 009

第三节  后硅谷时代的全球量子科技竞赛 · 013

第四节  量子计算机的分类与产业近况 · 018

小  结 · 020

第二章

从量子论到量子力学

节  思想起源及时代背景 · 031

第二节  原子模型的演化过程 · 042

第三节  量子力学的崛起 · 046

第三章

高维度的数学空间

节  量子态与复数空间 · 063

第二节  向量空间与希尔伯特空间 · 067

小  结 · 072

第四章

可逆量子运算

节  可逆与不可逆过程 · 077

第二节  “麦克斯韦妖”与熵的关系 · 083

第三节  信息熵的意义与影响 · 086

第四节  可逆的量子计算机 · 092

小  结 · 095

第五章

量子比特与量子计算机

节  量子的特性 · 101

第二节  量子图灵机 · 105

第三节  量子比特 · 110

第四节  量子逻辑门与预言机 · 118

第五节  低温电子学 · 124

第七节  量子计算机的种类 · 132

第八节  量子纠错与容错 · 135

小  结 · 137

第六章

量子算法

节  什么是算法 · 143

第二节  量子算法 · 146

第三节  如何开始量子计算 · 164

小  结 · 169

第七章

量子计算应用

节  量子计算现况 · 175

第二节  量子计算应用领域 · 181

小  结 · 199

第八章

量子计量学与量子传感器

节  特殊的生物量子传感 · 205

第二节  计量与传感 · 206

小  结 ·  219

第九章

量子通信与量子互联网

节  加密传输的重要性 ·  225

第二节  量子加密 ·  231

第三节  量子通信 ·  236

第四节  量子互联网 ·  244

小  结 ·  248

第十章

量子教育与世界未来

节  量子常识与知识 ·  253

第二节  量子游戏与量子科幻 ·  255

第三节  量子教育 ·  263

第四节  后硅谷时代的量子新世界 ·  267

小  结 ·  271

附录一  全球主要国家或地区量子科技发展现状  ·  277

附录二  全球主要公司的量子科技发展现状

新时代的人要有量子科技的意识，哪怕仅仅是出于量子科技受益者的自觉！相信本书必将有助于量子科技概念在中国大地上的推广与普及。

——曹则贤 中国科学院物理研究所研究员

不管是正在从事量子力学研究的参与者，还是其他领域的旁观者，阅读本书不仅能对量子科技有更深一步的认识，为迎接正在降临的量子时代做好准备，同时还能从这本书的字里行间得到美的熏陶。

——薛其坤 南方科技大学校长、清华大学教授、北京量子信息科学研究院院长

“量子世纪到了，相信它、学习它、使用它。”正如张教授在书中所述，如何认知量子发展的现象以及背后逻辑，并搭上“第二次量子科技革命”高速列车，加以创新应用创造价值，我相信在这本书里，大家都能有所收获。

——刘扬伟 富士康科技集团董事长

张教授在文中多处鲜明表达着量子技术革命给予中国一次“换道超车”机遇的观点，要有“八百科技铁骑”突破全球科技封锁，再建量子时代的“汉唐盛世”的豪情，这让身为中国代量子拓荒者的我们热血沸腾、倍感鼓舞，诚如当前学界、产业界形容的，量子技术是数百年来中国在科技领域中鲜有的能从原点起去参与国际竞争的赛道。每一个量子科技工作者都要有“为国守赛道”的担当。

——郭国平 中国科学技术大学教授、本源量子首席科学家