前 言

非常感谢人民邮电出版社邀请我写这本《大话量子通信》，很荣幸成为《新大话信息通信丛书》的新晋一员。

我在读博士及做博士后期间从事的是量子光学和冷原子物理领域的工作。冷原子是实现量子信息中量子精密测量的一个重要手段，例如，我的博士课题就是星载冷原子钟的核心技术漫反射激光冷却原子。后来，这个技术经过日积月累已经趋于完善，计划在下一代北斗导航卫星上进行测试和应用。同时冷原子系统也是量子计算的众多实现方案之一，有望实现高温超导原理的量子模拟。

2014年9月，我结束了在丹麦国家量子中心的博士后工作，回国加入了中国科学技术大学上海研究院的中科院量子信息与量子科技创新研究院。在这里，我开始系统性地投入量子通信领域的研究和产业化工作之中。这些年来，我有幸见证了同事们夜以继日地研制“墨子号”量子科学实验卫星，以及“墨子号”的发射升空后开展的艰苦卓绝的实验，最终让中国在空间量子通信领域拥有了明显的领先地位。

这一阶段我为量子通信的宣传做了很多工作，撰写了很多时效性的科普文章，这些内容横跨量子通信和量子计算领域，在互联网的很多平台上得到了广泛的传播，其中有《划时代的量子通信——写给世界第一颗量子科学实验卫星“墨子号”》《阿里巴巴投资研究量子计算，有什么用？》《获得国家自然科学一等奖的“多光子纠缠和干涉度量学”是什么？》《真假美猴王剧情如果反转，量子力学怎么看？》《关于中美“量子霸权”之战，库叔强烈推荐这篇烧脑的文章！》等。

由于本书面向的读者群体十分广泛，大部分非物理专业的读者对“量子”这个词不是十分了解，因此第1章主要介绍了“量子力学”的发展历史；第2章介绍了当今世界各种信息技术背后用到的量子力学原理，希望读者们能够正确地了解“量子”一词；第3章和第4章分别介绍了第一次信息革命和第二次信息革命的内容，相互可作为对比，让读者看到整个信息技术发展的全貌，以及量子通信在第二次信息革命中的定位。

从第5章开始，本书集中介绍量子通信核心内容。第5章介绍了量子通信各个分支的基本原理和现状；第6章进一步介绍了已经实用化的量子通信技术的原理和在世界各地的应用情况；第7章集中介绍了我国的“墨子号”量子科学实验卫星，即世界上第一颗空间量子通信卫星的系统组成和功能；第8章直接面对其他领域对量子通信的争议，澄清了很多对量子通信的误解。

2019年年底，在刚刚完成本书写作的时候，我怀揣着实现国产高端通用科研仪器的目标离开了所在团队，开始了艰苦的创业过程，自然也希望在量子信息产业化的道路上做出自己的贡献。这个从学术界走向产业界的转型离不开诺伊斯等物理学家塑造硅谷的故事对我的鼓舞，相关故事可见本书第3章“硅谷传奇”一节。

由于量子通信是新兴的科技前沿技术，再加上作者能力有限，本书内容难免有所疏漏，欢迎各位读者、专家不吝赐教。

最后，感谢科大国盾量子技术股份有限公司、国科量子通信网络有限公司、中国科学技术大学上海研究院墨子沙龙为本书写作提供的帮助。

谨以此书献给我还未满周岁的儿子张佳信，希望他成年后就能享受到量子信息革命的丰硕成果。

张文卓

2020年3月于北京