第1章　什么是量子 1
1.1　量子约等于现代物理学 3
1.1.1　世界是由量子组成的 3
1.1.2　超出人类想象的量子力学 5
1.2　早期量子理论 7
1.2.1　两朵乌云 8
1.2.2　普朗克和量子 10
1.2.3　爱因斯坦和光电效应 11
1.2.4　玻尔的原子模型 13
1.2.5　德布罗意的物质波和泡利的不相容原理 15
1.3　量子力学的诞生 17
1.3.1　海森堡的矩阵形式 17
1.3.2　薛定谔的波动形式 23
1.3.3　狄拉克的相对论形式 24
1.3.4　含金量最高的一次诺贝尔物理学奖 27
1.4　后量子力学时代——现代物理学的两条路径 29
1.4.1　二次量子化和量子场论 29
1.4.2　“自上而下”的粒子物理 32
1.4.3　“自下而上”的凝聚态物理和量子光学等 35
第2章　信息技术背后的量子力学 39
2.1　量子力学支配的半导体 41
2.1.1　固体能带理论 41
2.1.2　数字逻辑门的救星：半导体晶体管 43
2.2　从量子光学到激光的出现 47
2.2.1　激光和相干态理论 47
2.2.2　支撑起互联网的激光通信 49
2.3　磁盘背后的量子力学原理 51
2.3.1　电子自旋决定磁性 52
2.3.2　巨磁阻材料和硬盘 53
2.4　显示器和摄像头中的量子光学原理 54
2.4.1　自发辐射荧光和LED 55
2.4.2　光电效应和CCD 56
2.5　原子钟：量子力学决定的频率标准 59
第3章　第一次信息革命 63
3.1　贝尔实验室 65
3.2　硅谷传奇 68
3.3　从集成电路到计算机 73
3.4　全球互联网 78
3.5　主导世界的信息产业 82
第4章　量子信息——第二次信息革命 87
4.1　经典比特vs量子比特 89
4.2　跨越时空的诡异互动——量子纠缠 90
4.2.1　EPR佯谬 91
4.2.2　隐变量理论和贝尔不等式 93
4.2.3　无漏洞贝尔不等式检验 95
4.3　通信和计算的相辅相成 98
4.4　量子计算简介 100
4.4.1　量子计算发展史 102
4.4.2　量子计算实现方案对比 104
4.4.3　通用型和专用型量子计算机 106
4.4.4　什么是量子称霸 108
4.5　即将到来的量子信息时代 111
第5章　量子通信——量子信息革命的前奏 113
5.1　量子通信元年：两位“B”的相遇 114
5.2　量子密钥分发：BB84协议 117
5.3　量子密钥分发：其他协议 120
5.3.1　B92协议 120
5.3.2　E91协议 121
5.3.3　连续变量协议 124
5.4　量子隐形传态：量子比特的空间跳跃 125
第6章　实用化量子通信技术 131
6.1　诱骗态量子密钥分发协议 133
6.2　中国量子保密通信“京沪干线” 135
6.3　世界各国的量子保密通信网络建设 139
6.3.1　美国量子通信网络建设 139
6.3.2　英、意、俄、韩等国的量子通信网络建设 140
6.3.3　欧盟量子通信网络建设计划 141
6.4　测量设备无关量子密钥分发 142
6.5　量子保密通信标准化进程 144
第7章　“墨子号”量子科学实验卫星 147
7.1　光纤量子中继vs卫星量子通信 149
7.2　领先世界的“墨子号”卫星 151
7.2.1　量子纠缠源 154
7.2.2　量子纠缠发射机 155
7.2.3　量子密钥通信机 156
7.2.4　量子实验控制与处理机 157
7.2.5　卫星平台 158
7.3　配合“墨子号”卫星做实验的地面站 159
7.3.1　兴隆地面站 159
7.3.2　南山地面站 160
7.3.3　德令哈地面站 161
7.3.4　丽江地面站 162
7.3.5　阿里地面站 163
7.4　“墨子号”卫星实现的多个人类首次 164
7.4.1　星地双向量子纠缠分发实验 164
7.4.2　星地高速量子密钥分发 165
7.4.3　地星量子隐形传态 166
7.4.4　基于纠缠的星地量子密钥分发 166
7.4.5　引力诱导量子纠缠退相干实验检验 167
7.5　未来天地一体化量子网络 169
第8章　争议中前行的量子通信 175
8.1　让中国量子通信领先世界的潘建伟 176
8.2　量子通信与经典通信的关系 180
8.2.1　量子通信离不开经典通信 181
8.2.2　量子通信是经典通信的继承和发展 182
8.3　关于量子通信的那些错误说法 184
8.3.1　量子密钥分发不是量子通信？ 184
8.3.2　美国从来不搞量子通信？ 186
8.3.3　量子通信不能满足互联网要求？ 188
8.3.4　量子通信很容易被破坏？ 190
参考文献 193
后记 199