量子信息简话——给所有人的新科技革命读本

     量子信息是全世界的热点研究领域之一，同时也是科普的难点领域之一。本书从普通读者的认知角度出发，先介绍量子是什么以及较为容易理解的量子精密测量，然后讲量子力学的“三大奥义”，再讲量子计算和量子通信，不仅保持了科学的严谨性，而且实现了很高的趣味性，让读者了解量子信息的大图景。针对公众对量子信息的常见误解或者质疑，给出明确的答复。对于有一定知识门槛的内容特别是一些数学材料，将其设置为选读内容，基础薄弱的读者可以跳过而并不影响理解全书，勤于思考、好奇心旺盛的读者则可以从这些选读内容中获得更多的妙处。

     作者以其独具特色的语言风格，在科学的各领域之间乃至哲学、历史与文学之间纵横钩沉，并介绍了很多科普工作的经验和心得。相信这本兼具广度和深度的图书对我国的量子信息科普以至整个科普事业都将发挥里程碑式的作用。本书适合关心量子科技进展的广大读者阅读，包括小学生、中学生、大学生、研究生，其他领域的科研、教育、科普工作者，以及各行各业的专业人士。任何对科学感兴趣的人都可望从中得到收获。

袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员，中国科学技术大学科技传播系副主任，中国科学院科学传播研究中心副主任，科技与战略风云学会会长，“科技袁人”节目主讲人，入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物，微博@中科大胡不归。

序言

前言

第1章“量子”是什么？

1.1  “量子”成为热词

1.2  正确与错误的思维方式

1.3  量子 = 离散变化的小单元

1.4  量子力学能用来干什么？更该问的是它不能干什么！

1.5  量子力学 信息科学 → 量子信息

第2章  容易理解的量子科技：量子精密测量

2.1  原子钟与国际单位制的量子化

2.2  量子雷达

2.3  隔墙观物

2.4  零磁场核磁共振

第3章  量子力学的“三大奥义”

3.1  微观世界运行的操作手册

3.2  大奥义：量子叠加

3.3  第二大奥义：量子测量

3.4  第三大奥义：量子纠缠

3.5  量子纠缠的历史与未来

3.6  量子纠缠误解辨析——哲学家的诞生

第4章  量子计算的优势何在？

4.1  启发性描述：用魔法打败魔法，用量子打败量子

4.2  操作性描述：对特定问题的指数级加速

4.3  理论性描述：丘奇-图灵论题与扩展丘奇-图灵论题

4.4  “只需”四个条件，量子计算的物理体系成了脑洞大赛

第5章  量子计算的成果

5.1  量子因数分解以及对密码体系的挑战

5.2  通往量子优越性：谷歌的“悬铃木”

5.3  确立量子优越性：中国的“九章”

5.4  九章做的是什么？它真的是个计算机吗？

第6章  科幻色彩的量子信息技术：量子隐形传态

6.1  时间旅行、传送术和反重力，哪个是真实的？

6.2  量子隐形传态是什么？不是什么？

6.3  我们离传送人还有多远？

第7章  为了理解量子密码，先来学传统密码

7.1  量子密码是干什么的？

7.2  不可破译的密码真的存在！但是……

7.3  传统密码的两难

第8章  正在实用的量子信息技术：量子密码

8.1  量子密码如何实现奇迹

8.2  BB84协议

8.3  量子密码在现实世界的安全性

8.4  量子通信中继与“京沪干线”

8.5  自由空间传输与“墨子号”量子卫星

8.6  量子通信的应用情况

结语

拓展阅读

     量子信息是全世界的热点研究领域之一，同时也是科普的难点领域之一。本书从普通读者的认知角度出发，先介绍量子是什么以及较为容易理解的量子精密测量，然后讲量子力学的“三大奥义”，再讲量子计算和量子通信，不仅保持了科学的严谨性，而且实现了很高的趣味性，让读者了解量子信息的大图景。针对公众对量子信息的常见误解或者质疑，给出明确的答复。对于有一定知识门槛的内容特别是一些数学材料，将其设置为选读内容，基础薄弱的读者可以跳过而并不影响理解全书，勤于思考、好奇心旺盛的读者则可以从这些选读内容中获得更多的妙处。

     作者以其独具特色的语言风格，在科学的各领域之间乃至哲学、历史与文学之间纵横钩沉，并介绍了很多科普工作的经验和心得。相信这本兼具广度和深度的图书对我国的量子信息科普以至整个科普事业都将发挥里程碑式的作用。本书适合关心量子科技进展的广大读者阅读，包括小学生、中学生、大学生、研究生，其他领域的科研、教育、科普工作者，以及各行各业的专业人士。任何对科学感兴趣的人都可望从中得到收获。

袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员，中国科学技术大学科技传播系副主任，中国科学院科学传播研究中心副主任，科技与战略风云学会会长，“科技袁人”节目主讲人，入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物，微博@中科大胡不归。

朱清时  中国科学院院士，中国科学技术大学、南方科技大学原校长

当今时代的一大趣事是：许多人都对量子信息有浓厚兴趣，但是很少人知道它究竟是什么。袁岚峰博士写的这本书能帮助大家解决这个问题。

杨金龙  中国科学院院士，中国科学技术大学副校长

袁岚峰博士用通俗、接地气的语言将原本深奥的量子信息知识阐述得清晰明了、简单易懂；将原本枯燥的知识以诙谐幽默的语言诠释，呈现出相当的趣味性又不失专业的精准。相信读完此书，你也能对量子信息有一个清晰的认知。

窦贤康  中国科学院院士，武汉大学校长

量子科技已经在很多行业导致了革命，例如在大气要素探测中，我们团队和潘建伟院士、张强教授等人合作研发的量子大气探测激光雷达大大提高了探测距离和精度。公众对量子科技充满好奇，但难以找到准确又易懂的解读。本书及时地满足了这个需求，既让普通读者能够理解，又保持了专业级别的准确性。我十分高兴地向大家推荐此书，对新量子革命感兴趣的读者都会从中大有收获。

杜江峰  中国科学院院士，中国科学技术大学副校长

量子力学是对大自然尤其是微观世界的本质描述，是当今物理学的两大支柱之一。近四十年来，量子力学与信息科学结合，产生了量子信息，成为现代科学中发展极其活跃的领域之一。包括我们的团队在内，许多研究组在量子精密测量、量子通信、量子计算方面取得了很多突破，极大地拓展了人类的知识边界和技术边界。然而，在这个领域一直缺少一本深入浅出、能够让所有感兴趣的读者读懂的科普著作，这对科学的发展和公众科学素质的提高都是缺憾。所以我非常高兴地向大家推荐袁岚峰博士的这本《量子信息简话》，这正是我们急需的科普。

周忠和中国科学院院士，中国科普作家协会理事长

这是一本我见过的有关量子信息zui好、zui通俗易懂的科普书，适合每一位关注科技前沿的读者。