1장, ‘복소수, 벡터 공간, 디랙 표기법’에서는 복소수와 벡터의 내용을 복습한다. 또한 양자역학에서 양자 상태를 나타내는 데 널리 쓰이는 디랙(Dirac)의 브라-켓 표기법(bra-ket notation)을 소개한다.

2장, ‘기초 양자역학’에서는 양자역학의 발전을 설명하고, 원자 수준과 아원자 수준에서 물질의 움직임을 다룬다.

3장, ‘행렬과 연산자’에서는 행렬과 연산자를 전반적으로 다룬다. 연산자는 양자 계산에 폭넓게 사용되며, 양자 상태에 작용해 양자 상태를 변화시킨다. 양자 컴퓨팅에서 모든 연산자는 선형 연산자며, 행렬로 표현된다.

4장, ‘부울 대수, 논리 게이트, 양자 정보 처리’에서는 부울 대수와 고전 논리 게이트의 기본 내용을 설명한다. 또한 양자 정보 처리의 원리를 자세히 설명하고 큐비트(qubit)를 소개한다. 고전 컴퓨터에서 비트(bit)가 정보의 기본 단위인 것처럼 양자 컴퓨터에서는 큐비트가 정보의 기본 단위다.

5장, ‘양자 게이트와 양자 회로’에서는 양자 게이트를 자세히 살펴본다. 양자 게이트는 수학적으로 변환 행렬로 표현된다. 단일 큐비트 게이트 연산과 2 큐비트 게이트 연산을 상세히 설명한다.

6장, ‘텐서곱, 중첩, 양자 얽힘’에서는 매혹적인 양자 입자의 두 가지 특징인 중첩(superposition)과 얽힘(entanglement)을 설명하는데, 두 가지 모두 양자 컴퓨팅에 사용된다. 중첩과 얽힘의 개념을 이해하려면 텐서곱(tensor product)에 어느 정도 익숙해야 한다. 따라서 텐서곱을 간단히 소개한다.

7장, ‘순간 이동과 초고밀도 코드화’에서는 양자 정보의 두 가지 고유한 특징인 순간 이동(teleportation)과 초고밀도 코드화(superdense coding)를 알아본다. 순간 이동은 고전적인 비트만 보내 양자 데이터를 전송하는 기능이다. 반면에 초고밀도 코드화는 하나의 큐비트만 보내 두 개의 고전적인 비트를 전송하는 데 사용된다.

8장, ‘양자 오류 정정’에서는 양자 시스템에서 발생할 수 있는 오류 유형과 이러한 오류를 수정하는 기술을 설명한다. 양자 컴퓨팅 시스템의 주요한 문제는 환경과 상호작용할 때마다 양자 비트(quantum bit, 큐비트)에 오류가 생길 수 있다는 점이다. 그러나 고전적인 오류 정정 코드와 마찬가지로 오류 정정 코드를 사용해 큐비트에 있는 오류를 검출하고 정정할 수 있다.

9장, ‘양자 알고리즘’에서는 양자 컴퓨팅이 많은 주목을 끌게 된 주요한 이유들 중 한 가지를 알아본다. 선형 대수의 수학 연산을 차용해 양자 정보를 조작할 수 있다. 이는 데이터베이스 검색이나 큰 정수의 인수 분해와 같은 특정 연산을 훨씬 빠르게 수행하는 양자 알고리즘의 개발로 이어졌다. 이러한 연산을 수행하려면 기존 컴퓨터가 필요하다. 유명한 양자 알고리즘 몇 가지를 설명한다.

10장, ‘양자 암호화’에서는 먼저 고전 암호화 시스템과 다양한 데이터 암호화 기술을 설명한다. 그런 다음 데이터를 인코딩하는 데 광자(photon, 빛의 입자)의 본질적인 양자 성질을 이용하는 양자 암호화의 원리를 알아본다. 양자 키 분배 프로토콜에서 중요한 몇 가지 기술도 알아본다.