量子计算机：穿越未来世界

目录
第1章漫话： 量子计算机来了1
1.1量子技术的前世今生1
1.1.1先说说什么是量子1
1.1.2宏观世界和微观世界是那么的不同2
1.2世界上小的“东西”是量子3
1.2.1分子、原子和量子，哪个？哪个小3
1.2.2量子计算机是什么7
1.2.3量子计算将在我们有生之年普及11
1.3计算机和力学12
1.3.1量子力学与现实生活有什么联系12
1.3.2什么是量子力学 13
1.3.3全新的计算理论诞生16
1.410分钟看懂量子比特、量子计算和量子算法16
1.4.1波粒二象性17
1.4.2量子纠缠17
1.4.3量子叠加18
1.4.4量子比特和量子计算21
1.5量子计算机是什么计算机24
1.5.1什么是量子计算机241.5.2量子计算机的前世今生25
1.5.3量子计算机进入竞赛27
1.6未来世界是量子互联网的时代33
1.7现在火的是量子通信35
1.7.1量子通信卫星怎么样给小明发送密码35
1.7.2火的颠覆性技术量子通信在中国37
1.8通信编码需要大智慧39
1.8.1解说通信编码39
1.8.2我要说的是“悄悄话”40
1.9当今所有密码系统都失效了44
1.9.1量子加密的“不破金身”44
1.9.2走近“颠覆性技术”——量子通信能否取代传统通信46
第2章计算机祖孙三代47
2.1计算机爷爷——图灵机模型47
2.1.1艾伦·图灵是个科学家47
2.1.2图灵机模型49
2.1.3计算机界的诺贝尔奖50
2.2所有计算机的同一祖宗——图灵机50
2.3计算机爸爸——冯·诺依曼机53
2.3.1个“攒”计算机的人——冯·诺依曼53
2.3.2经典计算机的五脏六腑55
2.3.3经典计算机的工作“门道”57
2.4计算机孙子——量子计算机60
2.4.1量子计算机的起源60
2.4.2量子计算机的研究历史61
2.4.3量子计算机算法理论62
2.5量子计算机的“硬件单元”已经造出来了66
2.5.1量子计算机的硬件单元67
2.5.2量子计算机的硬件逻辑单元是用什么材料做成的71
2.5.3新型量子计算机首个基本元件问世72
2.5.4世界上个完整的量子计算机芯片设计揭晓73
2.6量子计算机里面还得有“软件算法”74
2.6.1量子计算机的算法理论 74
2.6.2为量子计算机量身定做的Shor算法75
2.6.3量子并行计算的随机搜索——Grover算法76
2.7量子计算机展望77
第3章牛顿力学的困境及飞跃82
3.1物理大家族82
3.1.1经典物理学的建立发展过程82
3.1.2物理学的危机83
3.1.3经典物理学的完成和局限85
3.1.4量子论的出现87
3.2家族长子： 牛顿力学89
3.2.1苹果为什么会落在牛顿头上89
3.2.2牛顿是谁91
3.2.3牛顿想的也对也不对： 适用范围与局限性93
3.3家族长孙： 量子力学97
3.3.1量子力学漫谈97
3.3.2量子力学是用来解释微观粒子的物理分支100
3.3.3“薛定谔猫”的困境 102
3.3.4量子世界中，波函数到底是数学描述还是实体104
3.3.5搞量子力学没点高数基础不行——薛定谔方程106
3.3.6眼见为实： 量子力学的实验证明108
3.3.7牛顿力学与量子力学的决战113
3.4独门绝活： 量子纠缠119
3.4.1给量子纠缠做个CT119
3.4.2千里之外的心灵感应： 隐形传输124
3.4.3量子纠缠将远程控制你的生活127
3.5川剧变脸： 量子态套叠128
3.5.1一般人都搞不清楚的量子态套叠128
3.5.2原来如此： 量子态套叠原理129
3.6挑战量子力学的带头大哥——爱因斯坦129
3.6.1量子力学描述世界的语言跟经典力学有根本区别129
3.6.2EPR实验131
3.6.3泊松亮斑133
3.6.4量子隐形传态是“嗖”的一声把人传过去的瞬间传输吗133
第4章量子信息脸谱137
4.1什么是量子信息137
4.1.1量子信息三兄弟137
4.1.2量子信息学139
4.2量子比特不是比特币140
4.2.1比特币140
4.2.2量子比特141
4.3量子信息的身世143
4.3.1量子信息的源头143
4.3.2量子信息技术的发展145
4.3.3小有小的规矩——量子编码定理和量子编码方案147
4.4这个“比特”和那个“比特”不一样149
4.4.1风光无限“大哥大”——经典比特149
4.4.2领跑下一代——量子比特150
4.4.3量子比特叠罗汉151
4.4.4谨防“李鬼”！基于量子比特原理才叫量子产品152
第5章未来世界的大佬——量子计算155
5.1量子计算156
5.1.1量子计算的发展历程156
5.1.2量子计算的基本原理157
5.1.3量子计算机的实现159
5.1.4光量子计算机161
5.2量子计算的黑白两道162
5.2.1白道： 量子叠加性162
5.2.2黑道：量子相干性168
5.3量子计算独门绝技： 量子算法170
5.3.1高等数学 ： 基于Shor 分解大数质因子量子算法171
5.3.2百度一下： 基于Grover 量子搜索算法172
5.3.3量子智能计算173
5.4量子计算机的细胞核： 门电路173
5.4.1华山论剑门派一： 量子逻辑门176
5.4.2华山论剑门派二： 单量子比特门180
5.4.3华山论剑门派三： 条件非门181
5.4.4华山论剑门派四： 量子芯片183
5.4.5华山论剑门派五： 量子传感器184
5.5火的量子计算机来了185
5.5.1众说纷纭的理论及研究185
5.5.2信息化战争： 量子计算的意义不亚于核武器189
5.5.3分久必合： 量子计算机的工作原理191
5.5.4合久必分： IT世界高手的竞争197
第6章未来世界的神经中枢——量子通信203
6.1未来世界的神经系统203
6.1.1改变世界的新技术： 量子通信203
6.1.2众人拾柴火焰高： 量子通信的类型206
6.2云中漫步——量子隐形传态207
6.2.1通信神话： 量子隐形传态的原理207
6.2.2原来是真的： 量子隐形传态实验209
6.3风靡全球——量子信道211
6.3.1未来世界的高速公路： 量子信道211
6.3.2能比光还快吗： 光纤量子信道214
6.3.3太空通信： 自由空间量子信道217
6.4给互联网插上量子的翅膀——量子通信219
6.4.1通向未来的网络： 量子通信网络的体系结构219
6.4.2未来世界的互联互通：量子通信网络中的交换技术224
6.4.3世界太大了： 量子中继器236
6.4.4量子通信产业链238
第7章量子世界的“看门狗”——安全及密码241
7.1“看门狗”的祖宗： 经典密码学与现代密码学241
7.1.1古罗马人的密信： 经典密码学242
7.1.2德国人第二次世界大战时使用的密码机： 现代密码学243
7.2量子密码的鼻祖： 海森伯测不准原理248
7.2.1海森伯不确定原理248
7.2.2测不准原理所起的作用250
7.3我的地盘我做主： 量子密码学251
7.3.1量子密码的起源与发展251
7.3.2量子密码技术的原理252
7.4Alice 和Bob的对话： 量子密钥分发257
7.4.1量子密钥分发258
7.4.2BB84 量子密钥分发协议及其工作原理259
7.4.3量子保密通信进展以及墨子星263
7.4.4我怎么知道有人在偷听： 光子的偏振态266
7.5量子密码的宝典——工作原理269
7.5.1宝典一： 量子密码理论模式269
7.5.2宝典二： 量子密码理论分析271
7.5.3宝典三： 量子密码假设271
7.6人人都有的秘密——量子密钥分发273
7.6.1量子密钥分配的远程通信273
7.6.2云中漫步安全保障： 量子保密通信系统273
7.7量子安全直接通信275
第8章量子计算机的“社会分工”277
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277
8.1.1近20年芯片的发展速度几乎没有提升277
8.1.2登纳德定律中一直在“偷懒”的芯片 280
8.1.3多核的陷阱： 从程序的角度探讨计算机的极限284
8.1.4量子计算机： 误解带来的乐观与恐慌287
8.2量子计算机赋予计算机一种新的计算能力水平292
8.2.1我们为什么需要量子计算292
8.2.2量子计算机要从囚禁原子开始297
8.2.3必须“冷酷”的量子计算机298
8.2.4量子计算机研制面临的技术困难304
8.2.5量子计算机会不会取代今天的计算机305
8.2.6量子计算机终什么时候实现308
8.2.7如果量子计算机被推广，我们会失业吗309
参考文献313