量子蒸汽朋克：在过去与未来相遇的地方

科幻作家刘慈欣曾说过：“人类历史上最伟大、最美妙的故事不是游吟诗人唱出来的，也不是剧作家和作家写出来的，这样的故事是科学讲出来的。”在科学所讲述的故事中，量子物理学无疑是最曲折幽深、浪漫甚至多愁善感的。它向我们揭示了许多匪夷所思、违背直觉而又真实存在的现象，让我们看到了这个世界被隐藏的一面。在这本书中，勇敢的量子物理学家哈尔彭博士将带领我们开启一场充满朋克精神的量子

世界之旅，让我们对量子物理学未来的发展有一个全新的认识。帷幕已经拉开，大戏即将上演。

维多利亚时代的蒸汽机和原子物理学分别属于两个相隔好几个世纪的时代，似乎完全不相关！传统热力学研究发动机及其能量和效率，而量子物理学通过考察微观物质甚至单个粒子的动量研究物理现实的本质。如何利用量子物理学思考传统热力学？ 这需要全新的想象。

在本书中，勇敢的物理学家妮可·荣格·哈尔彭博士向读者介绍了她创造的新词“量子蒸汽朋克”，从量子信息革命的视角重新审视了量子物理学、信息科学和热力学，这将改变我们对信息和能量的理解。这是一部充满奇幻色彩的科普著作，作者用瑰丽的想象和引人入胜的故事，带领我们穿越量子热力学的各个领域，探讨了各种有趣而又深刻的概念和问题，展望了量子物理学的崭新未来，提供了富有启发意义的洞察。

妮科尔·扬格·哈尔彭：美国国家标准及技术协会理论物理学家、量子信息与计算机科学联合中心研究员、马里兰大学兼职助理教授。2011年于达特茅斯学院获得文学学士学位，2013年于圆周理论物理研究所获得理学硕士学位，2018年于加州理工学院获得哲学博士学位。曾荣获国际量子技术新兴研究者奖、创新研究教育科学奖、玛丽·萨默维尔奖章、赫尔曼·外尔奖等。

第 0 章 序 篇 · 1

很久很久以前的物理学

第　1 章 信息论 ·　13

密码和概率

第　2 章 量子物理学 ·　26

一步登天，还是按部就班

第　3 章 量子计算 ·　49

一步登天

第　4 章 热力学 ·　69

“可以让我试一下吗”

第　5 章 珠联璧合 ·　91

热力学、信息论和量子物理学的完美联姻

第　6 章 物理学再续前缘 ·　109

瞻望量子时代的蒸汽朋克前景

第　7 章 踩一脚油门 ·　125

量子发动机

第　8 章 嘀嗒嘀嗒 ·　146

量子时钟

第　9 章 摇摇摆摆 ·　157

涨落关系

第　10 章 熵、能量和微小的可能性 ·　172

一次性热力学

第　11 章 资源理论 ·　183

一个值半分钱的量子态

第　12 章 看不见的王国 ·　203

如果量子可观测量不合作，怎么办

第　13 章 全 景 ·　215

结束旅行

第　14 章 走出地图的局限 ·　232

量子蒸汽朋克跨出边界

尾　声 下一步 ·　245

量子蒸汽朋克的未来

致　谢 ·　251

扩展阅读　·　252

这本书以曾经引领工业革命的热力学为背景，用独特的方式展示了量子物理学的前景和发展方向，堪称科学写作的典范。

——马塞洛·格莱泽，理论物理学家

哈尔彭博士是当代最有天赋的量子物理学家之一，她用诗一般的语言和引人入胜的故事阐述了量子物理学的迷人之处及其发展方向。

——斯蒂芬·亚历山大，布朗大学物理学教授

哈尔彭博士用文学家的语言和科学家的睿智，讲述了现代物理学热门的两个领域——量子热力学和量子信息论。这部有趣的作品将带你踏上一段迷人的旅程，帮你理解量子、时间甚至现实本身更深层次的意义。