在這本書中

你將追溯計算機與程序的歷史

且理解量子奇異性如何改變人類未來

不遠未來的某一天，我們將對支撐日常生活及工作的量子計算熟視無睹。它將把人類從繁瑣、復雜以及高重復性工作中逐步解放出來，使我們得以把更多注意力投射到想像和構思之上。藥物設計、航空航天、人工智能、星際旅行等工作場景都將極大地受益於量子計算的發展與應用。

在《量子計算》這本書中，布萊恩·克萊格將帶領我們回溯計算與程序的歷史，並解釋量子計算背後的物理原理和技術，加深我們對量子計算的認識。

 1840年，英國發明家查爾斯·巴貝奇在檢查天文表時，因極其無聊而大聲抱怨：“我真希望這些計算是由蒸汽完成的！”於是他設想了一種可以替代人類進行無聊工作的“分析引擎”以及相應程序。之後工業革命的海量數據催生了機械計算機，但它與巴貝奇的設想依然有不小的距離。但在我們這個世紀，這個巴貝奇想像中的機器卻可以調用量子的力量。 20世紀20年代，量子物理學的演繹（“測不準”原理、量子糾纏、量子疊加、量子自旋、量子極化）使物理、化學、生物等多學科得到極大突破，也加速社會發展且深刻改變了人類生活、工作和學習的方方面面。這些理論也為我們現在的生活埋下伏筆。 在第二次世界大戰中，阿倫·圖靈的“通用圖靈機”理論、約翰·馮·諾依曼的計算機架構，以及巨人計算機和電子數字積分計算機的建造終於使人類逐漸走進電子計算機的時代。但在過去七十年中，電子計算機即將發展到它的摩爾極限，但量子比特的介入將指數級提升計算機的能力……

布萊恩·克萊格(Brian Clegg)，英國理論物理學家，科普作家。克萊格曾在牛津大學研習物理，一生致力於將宇宙中奇特領域的研究介紹給大眾讀者。他是英國大眾科學網站的編輯和英國皇家藝術學會會員。出版有科普書《量子時代》《量子糾纏》《科學大浩劫》《超感官》《十大物理學家》《麥克斯韋妖》《人類極簡史》等。

他和妻子及兩個孩子現居英格蘭的威爾特郡。

 章 幽靈引擎的說明

第二章 一比特一比特地創造世界

第三章 柔軟觸感

第四章 量子奇異性

第五章 量子算法

第六章 量子硬件

第七章 到無限和更遠

參考閱讀

“量子算法”早在量子計算機建成之前就已被寫出來了。現在，世界各地有數百個實驗室正在研究量子計算機，雖然制造它們是極其困難的。但我們已經看到量子計算機接近量子霸權。

在這本平易近人的書中，布萊恩·克萊格解釋了算法和實現它的量子粒子，闡述了制造量子計算機所必需的物理硬件條件，揭示了當前量子計算機的能力。

——《愛爾蘭科技新聞》（Irish Tech News）

章 幽靈引擎的說明（部分）

程序一：1843年

1840年，英國發明家和學者查爾斯·巴貝奇（Charles Babbage）在都靈做了幾次演講，他的主題是一種尚未建成的設備——分析引擎。巴貝奇出生於1791年，從他的父親，一位金匠兼銀行家那裡繼承了足夠多的遺產，他從來不需要從事有報酬的工作。他喜歡沙龍式的社交生活， 也喜歡自己的工作。據說，他探索機械計算方法的靈感是出自幫助他的朋友、天文學家約翰·赫歇爾 （John Herschel） 檢查天文表。這一經歷極其乏味，據說巴貝奇大聲地喊道：“我真希望這些計算是由蒸汽完成的！” 如果分析引擎真的建成了，它可能是世界上臺現代意義上的計算機。巴貝奇一直在為赫歇爾扮演計算機的角色——也就是承擔計算任務。“計算”這個術語至少可以追溯到 17世紀——隻是在 20世紀中葉， 這個術語纔從人類轉移到機器身上。分析引擎完全是機械的，它的目的是在穿孔卡片上保存它自身的數據和程序①，而這些卡片是根據在提花 絲織機上所生產的復雜圖案而設計的。這個分析引擎與其未建成的前身（巴貝奇從未完成的）差分機不同，差分機處理數據的指令是內置在機 器中的，分析機的指令可以根據需求變化。 兩年後，一位不太重要的意大利軍事工程師費德裡科·路易吉（Federico Luigi）即梅納布雷亞伯爵（Conte Menabrea，後來他出人意料地成為意大利總理）發表了一篇令人印像深刻的國際性的文章。這是一篇關於巴貝奇在都靈講座的評論文章，用法語發表在瑞士出版物《日內瓦世界圖書館》（Bibliothèque Universelle de Genève）上。如果隻有這篇回憶錄，那本期刊無疑會迅速消失在默默無聞之中。然而，在1843年，它 被洛芙萊斯伯爵夫人（Countess of Lovelace）艾達·金（Ada King）翻譯成英文。事實上，初的“翻譯”文本與終呈現的文本相比明顯薄弱，因為金添加了豐富的注釋，使文章的長度增加了三倍，她推測了未構建的分析引擎的未來用途，並用這份文件描述了如何用它來為多項任務編制程序。 正是由於這份文件，通常被稱為金的洛芙萊斯伯爵夫人獲得了“世界上個計算機程序員”的聲譽。毫無疑問，洛芙萊斯伯爵夫人成功 地將分析引擎的潛力帶給了更廣泛的受眾，盡管在多大程度上她是個程序員一直有爭議。可以肯定的是，能運行這些指令的機器從未被制 造出來——實際上，它不可能在當時的機械公差下被制造出來。因此，嚴格地說，這份文件包含了反映分析引擎結構的表格形式的算法，而不是現代意義上的計算機程序。

算法是結構化的指令，可以是沏一杯茶所需的一繫列動作，也可以是解決數學問題的復雜數據操作。算法的執行可以不需要任何計算機，甚至手工操作，但也可以像這裡的例子一樣，通過與計算機體繫結構非常匹配的方式構建。