計算機已經成為我們所處的這個時代的象征，每過一年，計算機的速度變得更快，體積變得更小，價錢也更便宜。然而，這一趨勢不會永遠繼續下去。元件的大小最終局限于原子的尺度。這促使科學家們去設計一種全新的計算機--量子計算機。

　　杰拉德·密爾本是昆士蘭大學的物理學教授，他在這部極富震撼力的作品中，描繪了量子世界的本質特征和量子計算的巨大潛力，使我們感受到了一個新時代的召喚。

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　　序

　　前言

　　致謝

　　第一章 量子法則：甩不掉的不確定性

　　第二章 量子糾纏

　　第三章 賭博者的隱形傳送

　　第四章 模擬現實

　　第五章 量子軟件

　　第六章 設想中的機器

　　后記

　　詞匯表

　　注釋

　　索引

　　第一章 量子法則：甩不掉的不確定性實在是什么和怎樣認識它

　　什么是天地萬物最本質的要素？所有的客觀實在是否就只是運動的實體呢？或者，根本不是這么回事，而是彌漫于宇宙中的一種復雜振動的諧奏？我們眼中的世界僅僅是浩瀚無際的混沌的一種粗略化的景象，還是它本質上確實存在著一個簡單和諧的基本要素？我們所見聞所經歷的究竟是不是某個單一的物理規律，在物理實在上不停地重復著所表現的各個層面？還是存在無限類別的規律，每一個都有它各自的適用范圍？世界到底是由什么構成的？我們能夠認識它嗎？這些古老的問題，縈繞于我們的意識之中，揮之不去。值得慶幸的是，在這個世紀瀕臨結束之際，我們已經懂得了其中的某些答案。量子理論為我們提供了實在的最基本也是最成功的描述。然而量子理論對實在的認識卻是那樣希奇古怪，大違常規，以致人們在過去的一個世紀中對此爭執不休。量子法則看起來應當適用于所有的客觀實在，但是人們仍舊無法對此取得共識。令人不解的問題是：我們所看到的世界怎么會是由這樣一條簡單同時又使人困惑不已的法則所支配的呢？

　　這條量子法則就是：物理實在具有無法消除的隨機性，而且這種隨機性是人們無法預測的，我們稱之為不可約隨機性。物理實在顯現出迄今尚未發現的法則所制約的隨機性，以致出現種種奇異現象，使研究這些現象的人都困惑不解，甚至連量子理論的先驅們也深感震撼和吃驚。宇宙為什么會在其最基本層次上賦予我們這樣一個無法排除的不確定性的根源呢？

　　仔細地研讀從最初的奠基人到現代量子物理學家們的手稿，不難看出他們所流露出來的困惑和迷惘，他們無法相信世界會是這樣構造出來的。愛因斯坦在一封寫給馬克斯·玻恩（Max Born）的信中是這樣抱怨的：

　　量子力學非常深刻，但我心靈深處的一個聲音對我說，真實世界并非如此。這一理論碩果累累，然而卻難以使我們進一步去揭開這個古老的秘密。

　　理查德·費曼因對光的量子理論的貢獻而榮獲1965年的諾貝爾獎。他是這樣來形容量子力學的：

　　……我們一邊大喊著：“秘密，秘密，快把門關上！”一邊說，按照量子力學的觀點來看待世界，我們總是會遇到許多困難。至少對我來說是如此。現在我已老邁昏花，不足以達到對這一理論實質的透徹理解。對此，我一直感到窘迫難安。

　　然而量子理論是迄今為止最為成功的物理理論。由量子理論所做的預言與實際觀測的吻合，達到了史無前例的精確程度。它的大多數違背常規的預言不斷地為越來越多的精巧實驗所證實。量子理論為我們提供了對物理世界的正確理解。大多數的現代科學技術，從微電子產業所創造的奇跡一直到超市中的激光條碼掃描器無不是以此為理論依托。并且，量子理論在更大程度上將成為新的高科技--量子技術的基石。毫無疑問，自然界是按照量子法則建立起來的。然而，盡管量子力學已獲得如此巨大的成功，但對其爭論仍然在繼續著。有著如此鮮明秩序的世界怎么會建立在無法消除的隨機性之上呢？答案還未曾明了，但它的關鍵在于量子隨機性的特殊性質。

　　量子的硬幣投擲

　　1905年對愛因斯坦來說是成果累累的一年。在這一年中他發表了狹義相對論，同時對布朗運動這一特殊現象作出了解釋，并且最終消除了長期以來人們對原子假說殘存的某些懷疑。在這一年中他還解釋了光電效應，這預示著現代光學的來臨，并導致光子概念的誕生。光的性質對物理學家來說是一個古老的話題。牛頓假設光是由一束粒子流構成的。他的這一模型很好地解釋了光的反射和折射，但不能解釋光的衍射效應--即光線在狹縫附近發生彎曲的現象。到了19世紀，光的波動模型占據了統治地位。這種新的模型既能很好地解釋反射和折射，又能解釋干涉和衍射。