前言
PREFACE

从普朗克提出“量子”概念算起，迄今为止，量子科学已经走过了百年有余。

1900年，因为无法解释的“紫外灾难”，普朗克创造性地提出了“量子”的概念，认为从黑体中辐射出来的电磁波不是连续发出的，而是一份一份地发出的，每一份被称为一个“量子”。普朗克的量子概念打破了经典物理学认为的物理量可连续取值的基本假设，提出了能量分立的设想，也推开了量子世界的大门。

尽管普朗克将人们带入了量子世界，但对于当时的物理学家来说，量子世界依然神秘而陌生。

在普朗克的基础上，爱因斯坦假设，既然能量不是连续的，电磁波是一种能量，光又是一种电磁波，那么光或许也不是连续的，这就是“光量子”假说，从而解释了光电效应现象。

1927年，在量子理论的早期发展阶段，海森堡等人提出的矩阵力学和薛定谔方程被认为是量子力学诞生的标志。此后，量子力学又发展出了海森堡“测不准”原理、玻尔互补性原理等。

然而，以爱因斯坦、薛定谔等人为代表的物理学家却坚决反对海森堡、玻尔等主张的量子理论。爱因斯坦相信，世界的本质不是随机的，这与经典力学的观点一致。而以海森堡、玻尔为代表的哥本哈根学派认为，微观世界的随机性是内在的、本质的，并没有什么隐变量。量子力学在两派的辩论中日趋成熟，补齐了诸多重要的理论。

今天，量子科学在经历了波澜壮阔的探索，走过了曲折的迷途，迎来理论的新生后，终于进入通往实际运用的阶段。量子科学与我们的生活已经紧密相连——信息处理、存储、显示、传输，包括许多信息的精密测量、与信息相关的精密电子器件和光学器件，都是在量子科学的基础上发展起来的。

以晶体管为例，没有晶体管就没有计算机、互联网、网络信息时代，而晶体管的发明和发展皆离不开量子科学的理论支持。1928年，物理学家布洛赫提出布洛赫波的概念，在此基础上发展出的能带理论揭示了固体内部电子的运动特点，从而推进了半导体材料的研究进展。1947年12月23日，贝尔实验室的三位研究员利用锗半导体，发明了第一枚点触式晶体管，正式开启了信息时代。

2022年底，ChatGPT横空问世，其凭借强悍的性能，一举点燃了人工智能市场。在以ChatGPT为代表的人工智能大模型给人类社会带来巨大变革的同时，算力问题也随之而来。面对巨大的算力成本，人工智能想要走向未来，必然要寻找一种更加经济的计算方式，在提升算力的同时降低能耗。在这样的背景下，量子计算成为大幅提高算力的重要突破口。

当前，从激光、核能、晶体管到量子计算、量子通信、超导材料，量子技术正在不断推动人类科技的发展，新的科技产业革命也将由此开启。本书基于此，以量子概念的诞生为起点，讲述了20世纪物理学家思想论战的故事，关于量子科学的百年探索；以量子科技的发展为主线，展示了量子科学推动人类文明向前发展的技术力量。让我们一起站在前沿科技的视角下，跳出经典世界的局限，走进量子世界，走向量子远方。

陈根

2023年8月