本书涵盖了量子计算中最基本和最重要的一些概念，如量子比特、量子门、量子算法、量子计算机等，介绍了一台完全可编程的量子计算机所需要的多层次量子计算架构以及有潜力实现量子计算的不同的物理系统，并基于深圳量旋科技公司研发的桌面型核磁共振量子计算教学机，给出了14个量子计算案例。
本书可作为量子信息及相关专业高年级本科生或研究生的教学参考书，也可作为量子计算爱好者的参考读物。

前言
第1章 量子计算基本原理
1.1 量子比特
1.2 量子测量
1.3 量子比特初始化
1.4 量子门
1.5 量子比特寿命
1.6 保真度
1.7 量子计算机
1.8 量子算法实例
第2章 量子计算架构及平台
2.1 量子计算架构
2.1.1 量子软件和量子编程
2.1.2 量子编译与量子线路优化
2.1.3 量子指令集和微体系结构
2.2 量子计算物理平台
2.2.1 超导量子计算
2.2.2 离子阱量子计算
2.2.3 金刚石色心量子计算
2.2.4 核磁共振量子计算
2.2.5 硅基量子点系统
2.3 量子计算云平台
第3章 核磁共振量子计算原理
3.1 核磁共振基本原理
3.1.1 核磁共振系统哈密顿量
3.1.2 单自旋及拉莫进动
3.1.3 两自旋能级结构
3.1.4 纵向弛豫过程与热平衡态
3.1.5 横向弛豫与傅里叶变换谱
3.1.6 自旋回波
3.2 核磁共振量子计算
3.2.1 核磁共振中的量子比特
3.2.2 核磁共振中的量子门
3.2.3 核磁共振中的赝纯态
3.2.4 核磁共振中的测量
3.2.5 核磁共振量子计算特色：混合态量子计算
3.3 量子最优控制算法和梯度上升优化方法
第4章 核磁共振量子计算实例
4.1 认识量子态与量子比特
4.1.1 引言
4.1.2 实验原理
4.1.3 实验内容
4.1.4 思考与提高
4.2 单量子比特门的练习
4.2.1 引言
4.2.2 实验原理
4.2.3 实验内容
4.2.4 思考与提高
4.3 拉比振荡和脉冲标定
4.3.1 引言
4.3.2 实验原理
4.3.3 实验内容
4.3.4 思考与提高
4.4 弛豫时间测量
4.4.1 引言
4.4.2 实验原理
4.4.3 实验内容
4.5 两比特门练习——CNOT门真值表
4.5.1 引言
4.5.2 实验原理
4.5.3 实验内容
4.5.4 思考与提高
4.6 两比特门练习Bell态制备
4.6.1 引言
4.6.2 实验原理
4.6.3 实验内容
4.6.4 实验数据处理
4.6.5 思考与提高
4.7 Deutsch量子算法
4.7.1 引言
4.7.2 实验原理
4.7.3 实验内容
4.7.4 思考与提高
4.8 Grover量子算法
4.8.1 引言
4.8.2 实验原理
4.8.3 实验内容
4.8.4 思考与提高
4.9 量子近似计数算法
4.9.1 引言
4.9.2 实验原理
4.9.3 实验内容
4.9.4 实验数据处理
4.9.5 实验提高
4.10 Bernstein-Vazirani算法
4.10.1 引言
4.10.2 实验原理
4.10.3 实验内容
4.10.4 思考与提高
4.11 量子谐振子模拟
4.11.1 引言
4.11.2 实验原理
4.11.3 实验内容
4.11.4 实验数据处理
4.11.5 思考与提高
4.12 开放量子系统模拟
4.12.1 引言
4.12.2 实验原理
4.12.3 实验内容
4.12.4 实验数据处理
4.12.5 思考与提高
4.13 混合态几何相位测量
4.13.1 引言
4.13.2 实验原理
4.13.3 实验内容
4.14 HHL算法解线性方程组
4.14.1 引言
4.14.2 实验原理
4.14.3 实验内容
4.14.4 实验数据处理
4.14.5 思考与提高

2014年除夕夜，加拿大
滑铁卢市。
像往年一样，这个以滑
铁卢大学和黑莓公司享誉世
界但人口只有10万多的小城
已经完全融入了一片白茫茫
的世界中。与户外冷清的街
道相比，一群彼时尚不知天
高地厚的年轻人正聚集在曾
蓓教授家中，快乐地“吃着
火锅唱着歌”。
这群人来自天南地北。
每个人如自嘲般地介绍自己
来自“五道口职业技术学院”
（清华大学）、“中关村应
用文理学院”（北京大学）
、“合肥南七技校”（中国科
学技术大学）等，同时也都
对彼此的水平心知肚明——
除了懂点量子外，其他基本
啥都干不好。今日的聚会，
其实就是一群还算志同道合
的、搞量子计算研究的“科
研民工”之间的聚会。
酒足饭饱之余，大家不
像往常一样讨论哪家的比萨
实惠好吃，而是自然而然地
讨论起自己的那点特长。在
外人看来，这些人可能就像
一群虔诚的信徒，既会为玻
尔、费曼、肖尔这些熟悉叉
陌生的名字而争辩，也会为
幺正、纠缠、塌缩这些奇怪
的术语而疯狂。确实，在大
众心中，那时的量子信息、
量子计算等可能和量子水、
量子鞋垫这些智商税产品没
什么两样。
不知是谁提了一句：咱
们要不一块儿写本书吧，把
量子计算给捋清楚，让读者
都有机会学一下这玩意儿，
也算给自己一个交代。大家
纷纷为这个绝妙的主意拍手
叫好，然后却又转头继续自
己刚才的话题去了——因为
每个人都心知肚明，写量子
计算相关的书这事儿根本不
靠谱。
作为其中的一员，我也
对当时量子计算的迷茫前景
感同身受。身边刚刚有博士
毕业的师兄师姐放弃了科研
而转行去做金融，去做码农
，去做教育，甚至回家子承
父业。这并不是大家不珍惜
量子物理的博士学位，而是
梦想被现实击得粉碎。那时
的量子计算机就如镜花水月
，如空中楼阁，是如可控核
聚变那“永远的五十年”一样
的都市传说。
殊不知，在这个八年前
的聚会上我们就有了写书的
打算。
八年时间，我有幸见证
了“悬铃木”超导量子处理器
的量子霸权，彻底碾压了超
级计算机的计算能力；见证
了量子卫星“墨子号”的腾空
而起，为天地广域量子通信
的实现打下根基；感叹于国
内外大厂对量子计算人才的
求贤若渴，甚至开出媲美机
器学习领域的薪资；震惊于
多个量子计算初创公司的融
资程度乃至上市效率。这些
，都是曾经的我想都不敢想
的。
尤其是，当利用量子计
算和量子通信原理的“智子”
在刘慈欣的《三体》中妙笔
生花的描述下被年轻人熟知
，当《复仇者联盟》中“钢
铁侠”一本正经地介绍EPR
佯谬和大卫·多伊奇并席卷
全球票房的时候，我确定属
于量子计算的时代来临了。
20世纪是人类科技发展
突发猛进的一百年。这一百
年产生的科技进步和革命比
此前自人类文明诞生以来的
总和还要多。这不得不感谢
量子力学和第一次量子革命
。一百年前，普朗克、玻尔
、薛定谔、海森伯、狄拉克
等为我们阐明了世界运行的
规律，也给我们指出了技术
的发展方向——理解和利用
量子现象。由此引发了第一
次量子革命，人类发明了半
导体芯片、激光、全球卫星
导航、核磁共振，影响着我
们生活中的方方面面。一百
年后，我们有信心也有能力
更进一步实现对单个电子、
原子、光子的精确操控，构
建任意所需的量子状态。这
就是第二次量子革命，而我
们的征程才刚刚开始。
如果把量子科技比喻为
科技革命中璀璨的皇冠，那
么量子计算机无疑是皇冠上
最耀眼的明珠。《银河系漫
游指南》的作者道格拉斯·
亚当斯有句名言：“任何在
我出生时已经有的科技都是
稀松平常的世界本来秩序的
一部分；任何在我15～35
岁之间诞生的科技都是将会
改变世界的革命性产物；任
何在我35岁之后诞生的科技
都是违反自然规律要遭天谴
的。”随着年龄的增长，人
类对新生科技有天然的排斥
心理。我的外婆临终前依然
不相信洗衣机洗的衣服比手
洗的更干净，我的父亲直到
今天还在担心电子支付会偷
偷扣钱而拒绝使用。因为对
科技的不解甚至恐惧，我们
的祖辈很难充分享受科技进
步带来的便利。
以史为鉴，我们不能固
步自封。量子计算机必将诞
生，也必会彻底颠覆人类社
会的运行方式。诚然，我们
必须承认，在当前的技术条
件下，量子计算机技术远未
成熟，其巨大潜力亦只是若
隐若现。但历史一次又一次
地证明，技术壁垒的打破往
往就在一夜之间。这就需要
我们更加努力地去学习量子
科学，探索量子技术，全身
心地投入第二次量子革命的
洪流之中，争取使我们或者
我们的下一代，能够拥抱量
子计算机这一“将会改变世
界的革命性产物”。
时光荏苒。从普朗克打
开潘多拉的魔盒，放出名为
“量子”的妖精算起，量子科
学已经伴随了我们一百多年
。在这前所未有的百年之大
变革中，我们因为玻尔和爱
因斯坦关于定域实在性的精
彩论战而心潮澎湃，为了薛
定谔那该死的猫的死活而纠
结不已，见证了贝尔不等式
逐步证实的奇迹时代，沉醉
于费曼描绘的量子计算美妙
图景而不能自已