本书从普通读者的认知角度出发，共7章，以量子概念的诞生为起点，讲述了20世纪物理学家思想论战的故事，关于量子科学的百年探索；以量子科技的发展为主线，介绍了微观世界量子力学的基础理论和发展过程，量于力学在宏观世界中的应用（量子计算、量子传感器、最子通信、量于密钥等）；阐述了量于科技的商业化及其引发的产业革命，以及对量子科学的思考与探讨。

陈根，科技作家，九三学社中央科技委委员。其多部著作以多种语言，在美国、英国、加拿大、澳大利亚、法国、德国、日本等30多个国家和地区发行。

基础篇 发现量子世界
第1章 神秘的微观世界
1.1 经典物理学大厦落地
1.1.1 宗教与科学
1.1.2 走出“地心说”时代
1.1.3 苹果砸出的经典时代
1.2 晴空中飘来“乌云”
1.2.1 经典物理学的“紫外灾难”
1.2.2 “失灵”的经典物理学
1.3 从普朗克公式到光电效应
1.3.1 普朗克：一个走投无路的做法
1.3.2 爱因斯坦：让光子“量子化”
1.4 何为量子，何为力学
1.4.1 量子是不是粒子
1.4.2 量子世界的力学
探索篇 问路量子科技
第2章 从迷途到新生
2.1 初涉原子世界
2.1.1 卢瑟福：从粉碎土豆到粉碎原子
2.1.2 玻尔：挽救不稳定的原子核
2.1.3 旧量子理论的迷途
2.2 量子力学除旧迎新
2.2.1 波粒二象性：量子世界的根本特性
2.2.2 薛定谔方程：量子理论的关键一步
2.2.3 双缝干涉实验：寻找光的答案
2.3 宏观世界的精度革命
2.3.1 从经典测量到量子测量
2.3.2 进击的量子测量
2.3.3 量子测量的五大技术路线
2.4 传感器的革命
2.4.1 分秒的精进
2.4.2 消除误差的导航
2.4.3 量子重力仪
2.4.4 量子雷达，探测成像
2.4.5 磁测量的“量子化”
2.4.6 量子磁力计的应用
2.5 量子测量的趋势
2.5.1 将量子传感器推向市场
2.5.2 标准化的初步探索
2.5.3 量子测量的进展
2.5.4 离实用尚有距离
第3章 量子的本质
3.1 打破“丑小鸭定理”
3.1.1 一个没错的错误
3.1.2 两个完全相同的粒子
3.1.3 自旋量子的背后
3.1.4 玻色子和费米子
3.2 矩阵力学和“测不准”原理
3.2.1 把矩阵运算带入量子世界
3.2.2 从矩阵力学到“测不准”原理
3.3 世界是一场碰运气的游戏吗
3.3.1 薛定谔不懂薛定谔方程
3.3.2 寻找“薛定谔的猫”
3.3.3 平行宇宙的可能
第4章 一只猫的使命
4.1 计算的重构
4.1.1 从经典计算到量子计算
4.1.2 量子计算需要量子算法
4.1.3 今天的量子算法
4.2 量子计算争霸赛
4.2.1 量子霸权是什么
4.2.2 经典计算VS量子计算
4.3 量子计算如何改变世界
4.3.1 量子计算的应用方案
4.3.2 量子计算的无限可能
4.3.3 升级信息时代
4.4 量子计算，离商业化还有多远
4.4.1 量子计算正在吸金
4.4.2 中美之争，点燃量子计算
4.4.3 技术需突破，规模难扩大
第5章 上帝不会掷骰子
5.1 量子力学的世纪之争
5.1.1 爱因斯坦不相信量子力学
5.1.2 “光子盒”的挑战
5.2 被“纠缠”的爱因斯坦
5.2.1 解释不通，穿越时空
5.2.2 贝尔的不等式
5.2.3 为量子纠缠正名
5.3 量子纠缠成为强大工具
5.3.1 从量子纠缠到量子通信
5.3.2 让通信绝对安全
5.3.3 量子通信会代替经典通信吗
5.4 量子通信，决胜未来
5.4.1 量子密钥分发：让信息不再被窃听
5.4.2 应用场景正在展开
5.4.3 量子隐形传态：瞬间移动的秘密法宝
5.4.4 通往量子信息网络
5.5 量子通信，在挑战中前行
5.5.1 量子通信仍处于发展初期
5.5.2 量子通信的标准化之路
展望篇 激荡量子时代
第6章 “量子化”的材料
6.1 半导体背后的量子奥秘
6.1.1 从量子角度认识半导体
6.1.2 PN结和MOS管
6.2 二维量子力学与石墨烯
6.2.1 用量子的视角打开石墨烯
6.2.2 新材料的希望
6.2.3 “黑金”时代还有多远
6.3 量子力学登上科技舞台
6.3.1 第一次量子科技浪潮
6.3.2 引领下一代科技革命
6.3.3 量子科学正在迅猛发展
第7章 走进量子世界
7.1 关于量子科学的思考
7.1.1 世界观的重塑
7.1.2 量子世界需要量子思维
7.2 跳出局限的力量
7.2.1 隐私的忧虑
7.2.2 走向量子远方

从普朗克提出“量子”概
念算起，迄今为止，量子科
学已经走过了百年有余。
1900年，因为无法解释
的“紫外灾难”，普朗克创造
性地提出了“量子”的概念，
认为从黑体中辐射出来的电
磁波不是连续发出的，而是
一份一份地发出的，每一份
被称为一个“量子”。普朗克
的量子概念打破了经典物理
学认为的物理量可连续取值
的基本假设，提出了能量分
立的设想，也推开了量子世
界的大门。
尽管普朗克将人们带入
了量子世界，但对于当时的
物理学家来说，量子世界依
然神秘而陌生。
在普朗克的基础上，爱
因斯坦假设，既然能量不是
连续的，电磁波是一种能量
，光又是一种电磁波，那么
光或许也不是连续的，这就
是“光量子”假说，从而解释
了光电效应现象。
1927年，在量子理论的
早期发展阶段，海森堡等人
提出的矩阵力学和薛定谔方
程被认为是量子力学诞生的
标志。此后，量子力学又发
展出了海森堡“测不准”原理
、玻尔互补性原理等。
然而，以爱因斯坦、薛
定谔等人为代表的物理学家
却坚决反对海森堡、玻尔等
主张的量子理论。爱因斯坦
相信，世界的本质不是随机
的，这与经典力学的观点一
致。而以海森堡、玻尔为代
表的哥本哈根学派认为，微
观世界的随机性是内在的、
本质的，并没有什么隗变量
，量子力学在两派的辩论中
日趋成熟，补齐了诸多重要
的理论。今天，量子科学在
经历了波澜壮阔的探索，走
过了曲折的迷途，迎来理论
的新生后，终于进入通往实
际运用的阶段。量子科学与
我们的生活已经紧密相连信
息处理、存储、显示、传输
，包括许多信息的精密测量
、与信息相关的精密电子器
件和光学器件，都是在量子
科学的基础上发展起来的。
以晶体管为例，没有晶
体管就没有计算机、互联网
、网络信息时代，而晶体管
的发明和发展皆离不开量子
科学的理论支持。1928年
，物理学家布洛赫提出布洛
赫波的概念，在此基础上发
展出的能带理论揭示了固体
内部电子的运动特点，从而
推进了半导体材料的研究进
展。1947年12月23日，贝
尔实验室的三位研究员利用
锗半导体，发明了第一枚点
触式晶体管，正式开启了信
息时代
2022年底，ChatGPT横
空问世，其凭借强悍的性能
，一举点燃了人工智能市场
。在以ChatGPT为代表的人
工智能大模型给人类社会带
来巨大变革的同时，算力问
题也随之而来。面对巨大的
算力成本，人工智能想要走
向未来，必然要寻找一种更
加经济的计算方式，在提升
算力的同时降低能耗。在这
样的背景下，量子计算成为
大幅提高算力的重要突破口
。
当前，从激光、核能、
晶体管到量子计算、量子通
信、超导材料，量子技术正
在不断推动人类科技的发展
，新的科技产业革命也将由
此开启。本书基于此，以量
子概念的诞生为起点，讲述
了20世纪物理学家思想论战
的故事，关于量子科学的百
年探索；以量子科技的发展
为主线，展示了量子科学推
动人类文明向前发展的技术
力量。让我们一起站在前沿
科技的视角下，跳出经典世
界的局限，走进量子世界，
走向量子远方。
陈根
2023年8月