天才高校生の神藤葉羽は、学校の図書室で起きた奇妙な盗難事件に巻き込まれる。盗まれたのは『量子の檻』という稀少な物理学書。しかし、本は葉羽の部屋から発見される一方で、彼には完璧なアリバイがあった。
葉羽は、この矛盾した状況が量子テレポーテーションによって引き起こされたものだと推理。しかし、その証拠は観測した瞬間に消えてしまうという量子力学的なパラドックスに直面する。
幼なじみの望月彩由美のサポートを受けながら、葉羽はシュレーディンガーの猫の思考実験を応用。間接的な観測方法を用いて、量子テレポーテーションの痕跡を証明することに成功する。
真犯人は図書委員の女子だった。彼女は図書室の改装で貴重書が処分されることを恐れ、本を守るためにこの前代未聞の方法を選んだのだった。
事件解決の過程で、葉羽と彩由美の関係にも変化が生じる。二人の間に、量子もつれのような新たな絆が芽生え始めるのだった。
この物語は、最先端の量子物理学の概念を巧みに取り入れたミステリーであると同時に、知識を守ろうとする純粋な思いと、若き天才の成長、そして芽生える恋を描いた青春ドラマでもある。科学の不思議さと人間ドラマが絶妙に調和した、新しいタイプのミステリー小説である。