計算機(jī)已經(jīng)成為我們所處的這個時代的象征，每過一年，計算機(jī)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(yuǎn)繼續(xù)下去。元件的大小最終局限于原子的尺度。這促使科學(xué)家們?nèi)ピO(shè)計一種全新的計算機(jī)--量子計算機(jī)。

　　杰拉德·密爾本是昆士蘭大學(xué)的物理學(xué)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(zhì)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(xiàn)實(shí)

　　第五章 量子軟件

　　第六章 設(shè)想中的機(jī)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(shí)在是什么和怎樣認(rèn)識它

　　什么是天地萬物最本質(zhì)的要素？所有的客觀實(shí)在是否就只是運(yùn)動的實(shí)體呢？或者，根本不是這么回事，而是彌漫于宇宙中的一種復(fù)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(zhì)上確實(shí)存在著一個簡單和諧的基本要素？我們所見聞所經(jīng)歷的究竟是不是某個單一的物理規(guī)律，在物理實(shí)在上不停地重復(fù)著所表現(xiàn)的各個層面？還是存在無限類別的規(guī)律，每一個都有它各自的適用范圍？世界到底是由什么構(gòu)成的？我們能夠認(rèn)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(jì)瀕臨結(jié)束之際，我們已經(jīng)懂得了其中的某些答案。量子理論為我們提供了實(shí)在的最基本也是最成功的描述。然而量子理論對實(shí)在的認(rèn)識卻是那樣希奇古怪，大違常規(guī)，以致人們在過去的一個世紀(jì)中對此爭執(zhí)不休。量子法則看起來應(yīng)當(dāng)適用于所有的客觀實(shí)在，但是人們?nèi)耘f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(shí)在具有無法消除的隨機(jī)性，而且這種隨機(jī)性是人們無法預(yù)測的，我們稱之為不可約隨機(jī)性。物理實(shí)在顯現(xiàn)出迄今尚未發(fā)現(xiàn)的法則所制約的隨機(jī)性，以致出現(xiàn)種種奇異現(xiàn)象，使研究這些現(xiàn)象的人都困惑不解，甚至連量子理論的先驅(qū)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(xì)地研讀從最初的奠基人到現(xiàn)代量子物理學(xué)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(gòu)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(xué)非常深刻，但我心靈深處的一個聲音對我說，真實(shí)世界并非如此。這一理論碩果累累，然而卻難以使我們進(jìn)一步去揭開這個古老的秘密。

　　理查德·費(fèi)曼因?qū)獾牧孔永碚摰呢暙I(xiàn)而榮獲1965年的諾貝爾獎。他是這樣來形容量子力學(xué)的：

　　……我們一邊大喊著：“秘密，秘密，快把門關(guān)上！”一邊說，按照量子力學(xué)的觀點(diǎn)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(xiàn)在我已老邁昏花，不足以達(dá)到對這一理論實(shí)質(zhì)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(yù)言與實(shí)際觀測的吻合，達(dá)到了史無前例的精確程度。它的大多數(shù)違背常規(guī)的預(yù)言不斷地為越來越多的精巧實(shí)驗所證實(shí)。量子理論為我們提供了對物理世界的正確理解。大多數(shù)的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，從微電子產(chǎn)業(yè)所創(chuàng)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(shù)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(xué)已獲得如此巨大的成功，但對其爭論仍然在繼續(xù)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(jī)性之上呢？答案還未曾明了，但它的關(guān)鍵在于量子隨機(jī)性的特殊性質(zhì)。

　　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(fā)表了狹義相對論，同時對布朗運(yùn)動這一特殊現(xiàn)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(yīng)，這預(yù)示著現(xiàn)代光學(xué)的來臨，并導(dǎo)致光子概念的誕生。光的性質(zhì)對物理學(xué)家來說是一個古老的話題。牛頓假設(shè)光是由一束粒子流構(gòu)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(yīng)--即光線在狹縫附近發(fā)生彎曲的現(xiàn)象。到了19世紀(jì)，光的波動模型占據(jù)了統(tǒng)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。