前言　為什么我們都該學點黑科技？因為未來屬于有好奇心的人

上本科的那會兒，物理系大部分同學都在竊竊私語：消耗這么多珍貴的腦細胞來學這些東西，有什么用？

量子力學有什么用？

廣義相對論有什么用？

薛定諤方程、路徑積分和群論究竟都有什么用？

那時，理論物理學還是一門不可描述的專業。

每當叔叔阿姨大伯大嬸好奇地問起我是學什么的，我老實回答之后，總會出現一陣不可描述的沉默。

短暫的寂靜后，又會傳來一陣悲天憫人的聲音：

“學這個專業將來找什么工作啊……”

十年前，同學們在寢室里激辯薛貓佯謬，在教室里聽教授吹噓量子計算機的逆天，在期末考試前斗志昂揚地準備小抄的時候……我們都以為，像量子這種謎之科技，只能存在于象牙塔和實驗室中。

十年后，當我破天荒地換到CCTV，看了一晚上的科普版量子通信——我震驚了。

我從沒想到，這么快它就有用了。

2016年8月16日，“墨子號”，一枚中國制造的量子通信終端衛星，在全世界的眼皮底下沖出實驗室，飛向太空。

自從1900年普朗克發明“quantum”這個單詞至今，量子終于從哲學辯論會的題材，變成了魔法般的黑科技。基于量子糾纏，能造出比現在快1億倍的量子計算機；而超距作用和貝爾不等式，把量子糾纏變成了加密通信領域的終極武器。

真實的未來，總是比我們所以為的精彩。

據說，如果人類沒有發明量子理論，就不會有我們今天引以為豪的半導體芯片和互聯網，那么全球三分之一的GDP將不復存在。

而這三分之一的GDP，大部分基于20世紀30年代的理論框架，相當于大學物理本科二年級《量子力學（下）》的水平。

現在，“墨子號”量子通信衛星上天了，五年后人人都會用無法破解的加密網絡刷信用卡。再等到量子計算機投入量產，人工智能在恐怖的算力加持下統治世界……到那時候，可能全球99.99%的GDP都得歸功于量子理論吧。

驚喜嗎？其實，這些也不過是運用了20世紀80年代的理論而已。

蓄勢待發的還有弦理論、引力波、蟲洞、量子隱形傳態……這些30年前就被人紙上談兵的理論，變成真正改變世界的武器，那將是一個怎樣的魔法時代啊……

我常在想，我們這個看似司空見慣的尋常世界，其實是一個巨大的謎團，宇宙、社會、代碼、商業究竟是如何運作的？

無論是仰望星空還是改變世界，真相永遠只有一個，而且總是出乎意料地簡單與殘酷。但是，只有在探索的路上，才能贏得力量，收獲價值，發現意義。這樣，當我臨死回首往事的時候，才不會說：原來我終其一生，只是這個世界的guest（訪客）用戶。

這也是我寫這本書的目的。

你不需要學過高數，你只需要有好奇心。好奇心會讓你把這本書當作懸疑推理小說，全程無尿點地讀完一章，然后像追美劇一般義無反顧地翻開下一章，時不時還發出看段子時的會心一笑。

我不期待你看完這本書就能變身民間物理學家，但我期待未來的夢想家和技術宅能看到科技的全部潛力，解鎖宇宙的隱藏關卡。

一個被黑科技主宰的未來，一個“墨子號”、“阿爾法狗”成為熱點新聞的未來，屬于那些有好奇心和想象力的人。誠如愛因斯坦所說，它們比知識更重要。當一個人與生俱來的好奇心漸漸喪失，他不是在長大，只是在變老。

或者，你可以繼續等待——就像那些在火車站自動售票機前躊躇的人，茫然無措地看著一個正在崛起的新時代，載著一群年輕而陌生的面孔，飛馳而去。

這是你的選擇。

119年前的12月12日，加拿大紐芬蘭島，圣約翰斯港口。

那一天，如果有人路過這片荒涼的海岸，一定會被眼前的奇景驚掉下巴：海灘邊的鐘樓上空，竟翱翔著一只巨大的六邊形風箏。它迎著凜冽的海風一躍而起，在120米的高空盤旋，驕傲地俯瞰一望無際的大西洋。

鐘樓里，一個年輕人焦灼的目光正眺望著大洋彼岸的英格蘭。冬日的陽光冷冷地盯著鐘樓的指針，疲憊的波濤百無聊賴地拍打著礁石。他把電話聽筒緊緊貼在耳邊，直到手心攥出了汗——但他什么也沒聽見，除了一片寂靜中自己無法抑制的心跳。也許，快了，就快到了……

他在等候一個遠道而來的客人。

3700公里外的英格蘭，一束掙脫天線重獲自由的電磁波正在以光速沖破云層，眼看著就要飛向外太空了，卻在六萬米高空一頭撞上電離層，一個跟頭栽進了大西洋。從海里爬起來一看，不知不覺已來到楓葉之國，本打算再繞著地球多溜達幾圈解解悶，不料竟被一根裝在風箏上的天線俘獲，身不由己地沿著導線滑進了聽筒，變成了三聲微弱而堅定的“嘀、嘀、嘀”……

只用了0.01秒，它就成了人類歷史上第一個橫跨大西洋的無線電信號。

歷經6年研發，耗資數萬英鎊（相當于今天的1億人民幣），面對無數次挫敗和冷眼，年僅27歲的馬可尼終于成功了！他用無線電改變世界！只發送了一個字母S^[1]。而且，在實驗的大部分時間里，這個S微弱到幾乎無法聽清。難怪很多專家對馬可尼的發明不屑一顧，甚至質疑這貨能否稱之為發明——畢竟，只能發一個字的技術也算通信嗎？

在普通人的眼里，那一天不過是報紙上一行“不明覺厲”的頭條，一則真假難辨的傳聞，一種距離現實遙遙無期的黑科技。

那一天，似乎什么都沒有改變。

直到2年后，英國《泰晤士報》正式使用無線電向美國發送每日新聞；

直到8年后，35歲的馬可尼憑借無線通信領域的發明獲得諾貝爾物理學獎；

直到11年后，絕境中的泰坦尼克號靠著無線電呼救，710名乘客和船員獲救；

直到21年后，世界上第一個無線廣播電臺開始播音；

直到36年后，馬可尼病逝時，英倫三島所有無線電全體靜默兩分鐘，致敬這位為無線通信事業奉獻一生的意大利奇男子。

包括馬可尼自己，當時沒有人能夠想象，在接下來的一百多年里，通信會把世界變成這個樣子：

2016年8月16日，世界第一顆量子通信衛星 “墨子號”從酒泉基地發射。

就像當年的馬可尼一樣，今天的我們也無從想象，未來的量子通信與量子計算，終將帶來一個怎樣的魔法時代。

絕對安全的信息傳輸？

秒破全世界加密系統的超級計算機？

瞬移、穿越將不再是科幻？

2016年8月16日，潘建偉院士的量子通信衛星上天了。

2017年8月10日，“墨子號”完成三大科學實驗任務，實現星地間1200公里的超遠距離量子糾纏分發、量子密鑰分發、量子隱形傳態。

2017年9月29日，連接北京、上海，全長2000多公里的量子通信骨干網絡“京滬干線”開通，并與“墨子號”成功對接。

2018年11月13日，武漢——合肥量子通信網“武合干線”開通。到2018年底，國內量子網絡線路總長超過7000公里。

今天，我們已經有了量子通信手機和視頻會議系統，政府和銀行都在用量子通信傳輸加密數據，阿里巴巴已經把量子通信搬到了云端。下一步，量子通信的大規模商業化正在蓄勢待發。也許不久之后，人人都會用無法破解的加密網絡“剁手”、聊天、看直播。難道，你還覺得量子理論是象牙塔里的黑科技，和你的生活毫無關系？

讓我們先從神秘的量子理論開始，解密量子通信。

這注定是一段不可思議的旅程。

注釋：

[1]發送的是莫爾斯電碼中的三個點，代表字母S。