前言

量子计算不仅代表着计算范式的革命性跃迁，更是人类突破认知疆域的关键一跃。其核心优势根植于微观世界的三大特性：叠加性使单量子比特可同时编码0与1；纠缠性让多量子比特的状态关联超越经典极限；相干性赋予量子系统实现指数级加速的并行计算潜能。从费曼提出“量子模拟”的开创性构想到Shor算法动摇现代密码学基石，从谷歌实现“量子优越性”到中国的量子计算原型机“九章”“祖冲之号”跻身全球第一梯队——近四十年间，量子技术从实验室走向产业前沿，“第二次量子革命”的浪潮正奔涌而来。

然而，量子计算领域长期存在“理论艰深”与“实践鸿沟”双重挑战。一方面，量子叠加、纠缠、干涉等特性远超宏观世界的直观经验，抽象的数学表述往往令初学者望而却步；另一方面，多元化的硬件技术路线（离子阱、超导、光量子等）、复杂的工程实现细节与尚未成熟的软件工具链，导致大量教材止步于理论推导，缺乏从原理到产品的系统性视角。本书的编写正是为了弥合这一断层，旨在构建一座贯通原理探索、工程实现与产业落地的桥梁，为中国量子时代的创新者提供一套完整的体系与实践指南。

全书结构精心设计，面向不同背景的读者：第1章“量子计算简介”以时间线方式阐述为何必须关注量子计算，适合决策者阅读；第2章“量子计算的技术路线”深入剖析离子阱、超导电路、硅半导体及光量子计算等体系的物理极限与工艺节点，为硬件工程师提供参考；第3章“实例：离子阱量子计算机的工程实现”面向实验人员，提供从真空腔体选型到FPGA测控系统的可复现方案；第4章“量子编程与算法”通过Qiskit、Cirq、QuTrunk、QuSprout等框架演示Deutsch-Jozsa、Shor、VQE、QAOA等算法的代码实现，服务于程序员群体；第5章“实例：在QuTrunk上实现量子神经网络”示范如何将量子模块嵌入TensorFlow、PyTorch等主流AI框架，适合AI从业者参考；第6章“量子应用”评估量子模拟、优化及机器学习等领域的市场前景，面向产品经理与投资人；第7章“量子计算产业发展趋势”则通过数据模型预测2028年前中国量子技术的发展路径，为政策制定者提供决策依据。

在本书的写作过程中，笔者深切体会到“合作”二字的分量——它不仅是精神的鼓舞，更是跨学科、跨机构、昼夜不息的知识接力。从构思到付梓，本书始终得到中山大学物理与天文学院量子信息团队、中山大学深圳研究院量子技术中心以及启科量子HBar实验室的鼎力支持。书中大量数据与案例直接源于启科量子云平台的在线实验环境。在此，笔者谨代表编创团队，向以下同仁致以诚挚谢意，感谢他们以严谨的态度、无私的分享与持续的调试，为本书的每张表、每段代码与每幅图的成形奠定了坚实基础：陈柳平、周卓俊、朱峰、韩琢、刘泱、万相奎、邱道文、边纪、刘海燕、陆鹏飞、饶欣欣、李卓瑛、丘秉宜、陈敬伟、苏东波、吴昊、师静姝、朱焱、杨孟、邓子宜、高子镡、杨汝雨、符济名、吴坤宇、范昊燊、叶颖康、王宇辰、陶文萱、王挺波、孙海洋、郭梦杰、陈艺升、刘波、李杨、杨艾琳等。

最后，谨以此书献给所有在实验室微光中调试激光、在真空腔前焊接电路、在噪声干扰下编译量子比特、在理论前沿探索新算法的同行。愿我们共同的坚持与智慧，能在未来十年，将“量子优势”从论文标题真正书写进人类生产与生活的现实图景。

罗乐、周旭
2025年7月14日