量子技术是近年来发展的前沿技术领域，大数据搜寻、破译密码、机器学习、人工智能、身份识别都是量子计算擅长的方向。无论是量子计算还是量子通信，目的都在于解决经典计算机无法解决的问题。预计，5年内将会出现相应的商业化运用，10年内会有普遍性的运用，国内外都很关注这一技术的发展。
　　本书以浅显易懂的方式讲解复杂的技术前沿问题，避免使用高深的量子力学、高等数学、计算机原理专业知识，深入浅出地详细介绍量子计算机的基础理论、最新技术。
　　本书按量子计算机发展阶段和不断扩展的应用范围依次介绍了涉及量子计算与通信的相关理论基础、量子计算、量子通信与网络、量子安全与密码系统、行业案例研究、量子技术发展前景。
　　近年来，量子技术有长足的发展，量子计算机与量子通信已经出现在未来世界的门口，目前国内图书市场上开始出现一些量子科学技术书籍，但主要是国外原版专著或其译本，大多数对应于研究生教学层次。为适应广大对现代技术有浓厚兴趣的读者的需求，作者编著了这本量子计算机入门科普书籍，必要时也可作为各级院校的专业教材。

内容简介
前言
第1章 漫话：量子计算机来了
1.1 量子技术的前世今生
1.2 世界上最小的“东西”是量子
1.3 计算机和力学
1.4 10分钟看懂量子比特、量子计算和量子算法
1.5 量子计算机是什么计算机
1.6 未来世界是量子互联网的时代
1.7 现在最火的是量子通信
1.8 通信编码需要大智慧
1.9 当今所有密码系统都失效了
第2章 计算机祖孙三代
2.1 计算机爷爷——图灵机模型
2.2 所有计算机的同一祖宗——图灵机
2.3 计算机爸爸——冯·诺依曼机
2.4 计算机孙子——量子计算机
2.5 量子计算机的“硬件单元”已经造出来了
2.6 量子计算机里面还得有“软件算法”
2.7 量子计算机展望
第3章 牛顿力学的困境及飞跃
3.1 物理大家族
3.2 家族长子：牛顿力学
3.3 家族长孙：量子力学
3.4 独门绝活：量子纠缠
3.5 川剧变脸：量子态套叠
3.6 挑战量子力学的带头大哥——爱因斯坦
第4章 量子信息脸谱
4.1 什么是量子信息
4.2 量子比特不是比特币
4.3 量子信息的身世
4.4 这个“比特”和那个“比特”不一样
第5章 未来世界的大佬——量子计算
5.1 量子计算
5.2 量子计算的黑白两道
5.3 量子计算独门绝技：量子算法
5.4 量子计算机的细胞核：门电路
5.5 最火的量子计算机来了
第6章 未来世界的神经中枢——量子通信
6.1 未来世界的神经系统
6.2 云中漫步——量子隐形传态
6.3 风靡全球——量子信道
6.4 给互联网插上量子的翅膀——量子通信
第7章 量子世界的“看门狗”——安全及密码
7.1 “看门狗”的祖宗：经典密码学与现代密码学
7.2 量子密码的鼻祖：海森伯测不准原理
7.3 我的地盘我做主：量子密码学
7.4 Alice和Bob的对话：量子密钥分发
7.5 量子密码的宝典——工作原理
7.6 人人都有的秘密——量子密钥分发
7.7 量子安全直接通信
第8章 量子计算机的“社会分工”
8.1 世界是我们的也是你们的：传统计算机渐渐接近它们的极限
8.2 量子计算机赋予计算机一种新的计算能力水平
参考文献
图书资源支持
附录CD

　　先问大家如下三个问题。
　　第一个问题，在世界IT行业最著名的与比尔·盖茨齐名、自学中文成才的华人女婿是谁？凡是IT行业的人纷纷举手，是Facebook（脸书）创始人兼首席执行官马克·扎克伯格。对！
　　第二个问题，马克·扎克伯格的孩子是男孩还是女孩？一半的人举手，女孩。有人还补充说，马克·扎克伯格准备在孩子长大以后把自己的99%的资产裸捐出去。对！
　　第三个问题，谁看过马克·扎克伯格抱着女儿读一本书的照片？只有25%的人有印象。如果我再加深一点，读的书的书名是什么？绝对没有人注意过！
　　我告诉你，书名是Quantum Physics for Babies，翻译成中文，书名就是《给宝宝的量子物理学》。有人问，这是她应该学的东西吗？马克·扎克伯格的回答是“不管她未来想做什么，做老师也好，像她妈妈那样，做医生也好，或者她想从事自己的事业，我希望她都能有这样的求知欲。求知欲就是我想知道为什么，以及我为什么不能做得更好。”
　　受马克·扎克伯格的启发，作者编写了下面这么一本书，全书分三部分。
　　第一部分　基础理论及概念，包括第1章～第4章。
　　第二部分　量子计算与通信部分，包括第5章和第6章。
　　第三部分　量子技术安全与应用技术部分，包括第7章和第8章。
　　在这本书里，你可以发现以下内容。
　　•　苹果有没有真正落在牛顿头上？
　　•　计算机怎么和力学搞到一起了？
　　•　原来我们反复学过的物理只是解释了宏观世界的规律，一到微观世界就不灵了。
　　•　挑战量子力学的带头大哥就是爱因斯坦！
　　•　爱因斯坦的“鬼魅学说”——量子纠缠。
　　•　千里之外的心灵感应——隐形传输。
　　•　量子隐形传态是“嗖”的一声把人传过去的瞬间传输吗？
　　•　量子密码的鼻祖——海森伯测不准原理。
　　•　所有计算机（包括量子计算机）的同一祖宗——图灵机。
　　•　我们说的“量子比特”不是“比特币”。
　　•　为什么当今所有的密码系统都失效了。
　　•　信息化战争：量子计算的意义不亚于核武器。
　　•　传统计算机渐渐接近它们的极限，近20年芯片的发展速度几乎没有提升！
　　•　量子计算机真的来了，全球第一台商用型量子计算机售价1500万美元。
　　•　在量子计算机给予一种新的计算能力水平的同时，IT工程师会失业吗？
　　书名考虑选为《量子计算机——穿越未来世界》，其含义有两个层次：
　　第一，作为量子计算及通信的入门科普书籍；
　　第二，作为未来10~20年IT行业技术进步的入门基础知识储备教科书。
　　本书献给所有具有强烈求知欲和希望走进未来世界的朋友们，谢谢您看完以上这段文字。
　　编　者
　　2019年3月

　　在量子力学中，物质的状态虽然可以通过实验和计算确定，但是观察的结果却不是绝对的，每一次观察可能发现不同的结果。如果我们有能力复制很多个状态完全一致的物体，并对它们分别进行观测，如果都能得到相同结果，那么说明这个物体处在观测空间的某个本征态上。如果观测结果不同，那么说明该物体处在该空间一系列本征态的叠加状态上。
　　这些不同的结果，就是物质在一系列空间中本征态的叠加，称为叠加态。这种量子状态在宏观世界几乎是不可能观察到的，“薛定谔猫”这个思想实验可以帮助人们理解这种有点违反常识的现象。这个实验在后面有专门的章节解释。如同猫具有“又死又活”这个叠加态，在量子力学描述的世界中，虽然事件的因果是必然的，但是看到的结果却有可能是不同的。
　　量子力学描述了粒子的另外一种特性——自旋。这种特性无法用本征态表示，除了可以用0和1描述正向自旋和反向自旋之外，这两者之间还有多种不同的状态。最小单位称为量子比特。
　　如同电子计算机中的二进制位，量子比特是理论中量子计算机的计算基础。量子计算机对每一个叠加态分量实现的计算相当于进行一次传统的计算。所有这些传统计算同时完成并按一定的概率振幅叠加起来，即是量子计算机的输出结果。可以这么说：“不太准确的比方，传统电子计算机按时间顺序串行解决一个问题，理论上量子计算机就能解决同时并行2n个问题。”
　　量子计算机可以对叠加态进行运算，但是运算结果本身也是叠加态。只有针对特定的问题，才能用特定的算法从叠加的结果中抽离出需要的信息。而且，遵循不确定性原理，任何对量子叠加态的测量都会导致波函数的坍缩，一旦坍缩就会出现一个确定的状态，量子叠加态消失，所有在叠加态基础上进行的计算都将不复存在。
　　也就是说，造出量子计算机还需要目前不存在的物理学突破。有个流传甚广的说法：“造出量子计算机的成功率与造出反重力汽车差不多。”
　　但是，“目前不存在的物理学突破”已经出现了，这就是全新的计算理论的出现，且看1.3.3节介绍。