計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為我們所處的這個(gè)時(shí)代的象征，每過(guò)一年，計(jì)算機(jī)的速度變得更快，體積變得更小，價(jià)錢(qián)也更便宜。然而，這一趨勢(shì)不會(huì)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(jì)一種全新的計(jì)算機(jī)--量子計(jì)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(jì)算的巨大潛力，使我們感受到了一個(gè)新時(shí)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(shí)它

　　什么是天地萬(wàn)物最本質(zhì)的要素？所有的客觀實(shí)在是否就只是運(yùn)動(dòng)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(dòng)的諧奏？我們眼中的世界僅僅是浩瀚無(wú)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(gè)簡(jiǎn)單和諧的基本要素？我們所見(jiàn)聞所經(jīng)歷的究竟是不是某個(gè)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(gè)層面？還是存在無(wú)限類別的規(guī)律，每一個(gè)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(shí)它嗎？這些古老的問(wèn)題，縈繞于我們的意識(shí)之中，揮之不去。值得慶幸的是，在這個(gè)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(duì)實(shí)在的認(rèn)識(shí)卻是那樣希奇古怪，大違常規(guī)，以致人們?cè)谶^(guò)去的一個(gè)世紀(jì)中對(duì)此爭(zhēng)執(zhí)不休。量子法則看起來(lái)應(yīng)當(dāng)適用于所有的客觀實(shí)在，但是人們?nèi)耘f無(wú)法對(duì)此取得共識(shí)。令人不解的問(wèn)題是：我們所看到的世界怎么會(huì)是由這樣一條簡(jiǎn)單同時(shí)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(wú)法消除的隨機(jī)性，而且這種隨機(jī)性是人們無(wú)法預(yù)測(cè)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(huì)在其最基本層次上賦予我們這樣一個(gè)無(wú)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(lái)的困惑和迷惘，他們無(wú)法相信世界會(huì)是這樣構(gòu)造出來(lái)的。愛(ài)因斯坦在一封寫(xiě)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(gè)聲音對(duì)我說(shuō)，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(kāi)這個(gè)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(jiǎng)。他是這樣來(lái)形容量子力學(xué)的：

　　……我們一邊大喊著：“秘密，秘密，快把門(mén)關(guān)上！”一邊說(shuō)，按照量子力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看待世界，我們總是會(huì)遇到許多困難。至少對(duì)我來(lái)說(shuō)是如此?，F(xiàn)在我已老邁昏花，不足以達(dá)到對(duì)這一理論實(shí)質(zhì)的透徹理解。對(duì)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(cè)的吻合，達(dá)到了史無(wú)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(lái)越多的精巧實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。量子理論為我們提供了對(duì)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(wú)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(wú)疑問(wèn)，自然界是按照量子法則建立起來(lái)的。然而，盡管量子力學(xué)已獲得如此巨大的成功，但對(duì)其爭(zhēng)論仍然在繼續(xù)著。有著如此鮮明秩序的世界怎么會(huì)建立在無(wú)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(duì)愛(ài)因斯坦來(lái)說(shuō)是成果累累的一年。在這一年中他發(fā)表了狹義相對(duì)論，同時(shí)對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)這一特殊現(xiàn)象作出了解釋，并且最終消除了長(zhǎng)期以來(lái)人們對(duì)原子假說(shuō)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(lái)臨，并導(dǎo)致光子概念的誕生。光的性質(zhì)對(duì)物理學(xué)家來(lái)說(shuō)是一個(gè)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(dòng)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。