量子计算机之所以被冠以“终极计算机”称号，是因为它是技术层面带有决定性意义的一次飞跃，将为我们的经济、社会以及生活方式开创一个全新的时代。
正因为意识到这场革命即将带来深刻影响，所以世界上许多领头雁公司都选择在这项新技术上斥以巨资，谷歌、微软、英特尔、IBM、里格蒂计算公司和霍尼韦尔等都在开发量子计算原型机。资本竞争似乎比技术竞争更激烈，华尔街对量子计算领域的初创公司给予了很高估值。各国政府也纷纷投入资金，加速量子技术方面的研究。汽车制造商、医学研究人员和咨询公司都押注于量子计算，以设计更高效的车辆，创造拯救生命的新药，并简化业务。但这仅仅是开始。
人类面临的任何问题都有可能被量子计算机解决。加来道雄博士毕生致力于量子理论研究，他以其标志性的清晰和热情，讲述了这个令人兴奋的科学前沿，以及激动人心的争夺人类未来的竞赛。

第一篇 量子计算机崛起
第一章 硅时代的终结
量子霸权
摩尔定律的终结
它们为何如此强大？
量子计算机的减速带
革新世界经济
量子计算机的进一步应用
养活地球
量子医学的诞生
第二章 数字时代的终结
量子计算机：终极模拟
巴比奇与差分机
数学是完整的吗？
艾伦·图灵：计算机科学先驱
计算机在战争中的应用
图灵与人工智能的诞生
第三章 量子的崛起
量子理论的诞生
波动方程的诞生
量子原子
概率波
薛定谔的猫
微观世界与宏观世界
量子纠缠
战争的悲剧
第四章 量子计算机的黎明
晶体管的诞生
天才在行动
纳米技术的诞生
费曼的路径积分理论
路径上的量子之和
量子图灵机
平行宇宙
多世界
埃弗里特的多世界
平行宇宙的重生
客厅里的平行宇宙
量子理论综述
肖尔的突破
击败肖尔的算法
激光互联网
第五章 竞赛开始
超导量子计算机
离子阱量子计算机
光量子计算机
硅光子计算机
拓扑量子计算机
D-Wave量子计算机
第二篇 量子计算机与社会
第六章 生命之源
两个重大突破
生命是什么？
物理学与生物技术
生物技术的三个发展阶段
生命的悖论
计算化学与量子生物学
第七章 绿化时代
光合作用的量子力学
人工光合作用
人工树叶
第八章 养活地球
人口过剩与饥荒
科学带来的战争与和平
ATP：自然界的电池
催化作用：自然界的捷径
第九章 让世界充满能量
太阳能革命？
电池的历史
锂革命
超越锂离子电池
汽车工业与量子计算机
第三篇 量子医学
第十章 量子健康
耐药细菌的出现
抗生素如何发挥作用
量子计算机的作用
“杀手”病毒
新冠肺炎大流行
预警系统
解密免疫系统
奥密克戎病毒
未来
第十一章 基因剪辑与癌症治疗
液体活检
嗅到癌症
免疫疗法
免疫系统悖论
CRISPR
CRISPR基因治疗
佩托悖论
第十二章 人工智能与量子计算机
学习机器
常识性问题
蛋白质折叠
计算生物学的诞生
朊病毒与不可战胜的疾病
“好”的淀粉样蛋白和“坏”的淀粉样蛋白
肌萎缩侧索硬化
帕金森病
第十三章 逆转衰老
热力学第二定律
什么是衰老？
预测我们到底能活多久
重置生物钟
热量限制
衰老的关键：DNA修复
重新编程细胞，逆转衰老
人体商店
组织工程
量子计算机的作用
数字永生
第四篇 建模世界及宇宙
第十四章 全球变暖
二氧化碳与全球变暖
预测未来
甲烷：一种温室气体
对军事的影响
极地涡旋
该做点什么？
量子计算机与气候模拟
不确定性
第十五章 瓶中的太阳
太阳为什么会发光？
核聚变的优势
建立核聚变反应堆
为什么一直延迟？
国际热核聚变实验堆计划
竞争设计
激光核聚变
核聚变的问题
量子核聚变
第十六章 模拟宇宙
“杀手”小行星
太阳系外行星
ET（外星人）在太空？
恒星演化
卡林顿事件
伽玛射线暴
黑洞
暗物质
粒子的标准模型
超越标准模型
弦理论
量子计算机可能掌握着关键
第十七章 2050年的一天
结语：量子谜题
上帝有选择吗？
作为模拟的宇宙
平行宇宙
宇宙是量子计算机吗？

量子霸权
2012年，加州理工学院物理学家约翰·普雷斯基尔首次提出“量子霸权”这一说法，那时许多科学家都不认同。他们认为，量子计算机想要超越数字计算机还有很长的路要走，短则几十年，长则可能几个世纪。毕竟，在单个原子而不是在硅片上完成计算，在科学家看来技术上是极难实现的。哪怕是最轻微的振动或噪声都会扰乱量子计算机中原子的精细工作。但截至目前，一系列关于量子霸权的惊人声明，都粉碎了当年反对者的悲观预测。当下，人们只关注这个领域到底发展到了哪里，而不再怀疑它是否有发展的潜力。
该领域中不断发布的卓越成就引起了广泛的关注和震动，甚至惊动了各国政界以及绝密情报机构。一些告密者提供的资料表明，美国中央情报局和美国国家安全局都在密切关注该领域的发展。这是因为量子计算机的功能非常强大，原则上，成熟的量子计算机可以破解所有已知的网络代码。这就意味着，政府精心保护的秘密，即便是视若珍宝的极端敏感信息，也都非常容易受到攻击，企业或个人的机密就更不用说了。意识到情况的紧迫性之后，负责制定国家政策和标准的美国国家标准与技术研究院（NIST）最近发布了指导方针，主动帮助大公司和机构制订计划，使它们能够更平稳地过渡到这个可能无法避免的新时代。美国国家标准与技术研究院宣称，预计到2029年，量子计算机能破解128位AES（高级加密标准）加密，而这也是当前许多公司正在使用的加密算法。
在《福布斯》杂志上，阿里·埃尔·卡法拉尼撰文指出：“对任何需要保护敏感信息的机构而言，这都是一个令人望而生畏的前景。”
中国已经在量子信息科学国家实验室投入了100亿美元，目标就是成为这一至关重要、快速发展的技术领域的领导者。各国花费数百亿美元甚至更多，来小心翼翼地保护这些密码。有了量子计算机之后，黑客就有能力闯入地球上任何一台数字计算机，从而扰乱工业运转甚至军事行动。所有敏感信息都将有机会被提供给出价最高的人。而一旦量子计算机闯入华尔街的密室，则可能引发金融市场动荡。当然，量子计算机还可能解锁区块链，严重破坏比特币市场。据德勤的估计，大约25%的比特币有可能受到量子计算机的黑客攻击。
数据软件信息技术公司CB Insights在一份报告中总结：“那些运行区块链项目的人可能正密切关注量子计算的每一个进步。”
因此，与数字技术紧密相连的经济世界实际上正处于危险之中。华尔街的银行会使用数字计算机来跟踪数十亿美元大体量的交易。工程师则用数字计算机设计着摩天大楼、桥梁和火箭。艺术家也在通过数字计算机来完成好莱坞大片的动画制作。制药公司会使用数字计算机来开发下一种特效药。孩子也通过使用数字计算机，和朋友一起玩最新的电子游戏。至关重要的是，如今我们严重依赖手机来获取朋友、同事和亲人发来的即时消息，恐怕大家都有过因找不到手机而陷入恐慌的经历。事实上，当前人类的生活很难不依赖数字计算机。人类是如此依赖数字计算机，以至于如果世界上所有的数字计算机突然停止工作了，那么人类文明也就陷入混乱了。这也是为什么科学家如此密切地关注量子计算机发展。
摩尔定律的终结
到底是什么导致这场混乱和争议发生的呢？
量子计算机的兴起实际上标志着硅时代开始接近尾声。过去的半个世纪里，摩尔定律揭示了计算机行业强大的爆发规律，它也正是由英特尔的创始人戈登·摩尔提出并命名的。摩尔定律指出，计算机的计算能力每18个月就能翻一番。这个看似简单的定律实际上有效追踪并描述了计算机技术的显著指数级增长。这项发明是人类历史上前所未有的，没有其他任何发明能在如此短的时间内产生如此普遍的影响。
计算机这项发明在登上历史舞台后，已历经许多发展阶段，每一个新阶段的到来都极大地增强了计算机的能力，并且推动了重大的社会变革。事实上，摩尔定律一直可以追溯到19世纪的机械计算机时代。那时候，工程师还只能使用旋转的圆柱体、齿轮、传动装置和轮毂来完成简单的算术运算。到了20世纪之交，这些计算装置开始使用电力运转，于是继电器和电缆取代了齿轮系统。到第二次世界大战期间，计算机已经可以通过使用大量真空管进行复杂计算来破解政府高级密码。第二次世界大战后，真空管升级为晶体管，而随着晶体管的体积不断实现微缩，计算机的速度和功率也实现了持续进步。
早在20世纪50年代，只有五角大楼和跨国银行等政府机构或大公司才能买得起大型计算机。这些计算机的功能非常强大（例如，ENIAC可以在30秒内完成人类可能需要20小时才能完成的计算任务），但它们的价格昂贵、体积庞大，常常需要占据办公楼的整整一层。后来，微芯片彻底改变了这个局面，经过几十年的发展，微芯片的尺寸不断减小，直到现在，指甲盖大小的芯片都容纳着大约10亿个晶体管。如今，孩子用来玩电子游戏的手机比以前五角大楼用过的要占用一间屋子的笨重家伙的计算功能更强大，我们包袋里的笔记本电脑也比“冷战”时期那些