量子信息學引論教學大綱.doc

量子信息學引論一、課程基本情況課程編號40260012開課單位微納電子學系課程名稱中文名稱量子信息學引論英文名稱Introduction to Quantum Information Science教學目的與重點本課程的目的就是從具體到抽象、深入淺出地介紹量子信息科學領域的主要思想與方法。重點是一方面提供理解量子信息學所需的物理、數(shù)學、計算機科學的知識背景，另一方面使大家理解并掌握本領域的基本工具與結果。本課程既可作為普通教育的一部分，也可作為在本領域繼續(xù)進行獨立研究的前奏。課程負責人劉建設課程類型文化素質課 公共基礎課 學科基礎課專業(yè)基礎課 專業(yè)課 其它教學方式講授為主 實驗/實踐為主 專題討論為主案例教學為主 自學為主 其它授課語言中文 中文英文（英文授課50%） 英文 其他外語學分學時學分2總學時32考核方式及成績評定標準考勤：30分；課堂討論：30分；作業(yè)：40分。曠課每次扣2分。課堂討論分為課堂提問、重點難點講解、最新論文譯講，要按時，重在參與。作業(yè)遲交每天扣1分，批改后及時訂正，最后有30分根據(jù)作業(yè)的考試，作為對獨立于完成作業(yè)質量的評定。教材及主要參考書中文外文教材M. A. Nielsen and I.L. Chuang, , Cambridge University Press, 2000. 高等教育出版社影印主要參考書1 D. Bouwmeester, A. Ekert, and A. Zeilinger, “The Physics of Quantum Information” (Springer, 2000).2 G. Berman, G. Doolen, R. Mainieri, and V. Tsifrinovitch, “Introduction to Quantum Computers” (World Scientific, 1998). 3 Le Bellac, “A Short Introduction to Quantum Computation” (Cambridge University Press, 2005).4 網(wǎng)絡資源：Virture Journal of Quantum Information/http:/arXNature,Science，Phys. Rev. Lett., Phys. Rev. A先修要求、適用院系及專業(yè)先修課: 量子力學, 線性代數(shù)適用：微納電子學系，電子系，物理系，計算機系；電子科學與技術，計算機科學與技術等專業(yè)。二、課程內容簡介量子信息學是運用量子力學基本原理進行信息的編碼、通信與處理的新興交叉學科。本課程深入淺出地介紹量子信息科學領域的主要思想與方法，一方面提供理解量子信息學所需的物理、數(shù)學、計算機科學的知識背景，另一方面使大家理解并掌握本領域的基本工具與結果。具體內容分為八章。第一章介紹量子信息學的歷史發(fā)展和基本概念，突出一些重要的待解決的問題。第二章深入介紹量子信息學所需的量子力學的基本概念。第三章深入介紹量子信息學所需的計算機科學的基本概念，如圖靈機、線路、計算資源的量化、計算復雜性等。第四章描述量子計算所需的基本元件和許多基本操作。第五章講解量子富立葉變換及其在因數(shù)分解與離散對數(shù)問題中的應用，并解釋這些結果對于密碼學的重要性。第六章對量子搜索算法進行扼要的講解。第七章采用實驗中已經成功實現(xiàn)的例子，講解量子計算機的一般設計原則與物理實現(xiàn)的滿意判據(jù)。第八章講解量子信息學的最新進展. 內容以同學們的報告為主。三、課程主要教學內容第1章 緒論（4學時）1.1量子信息學的歷史與發(fā)展方向1.2量子位1.3量子計算1.4量子算法1.5量子信息處理實驗1.6量子信息(重點講2-4節(jié)）第2章 量子力學導論（8學時）2.1 線性代數(shù) 2.2 量子力學假定 2.3 應用: 超密編碼2.4 密度算符2.5 Schmidt分解與純化2.6 EPR與Bell不等式(全講）第3章 計算機科學導論（4學時）3.1 計算的模型3.2 計算問題的分析3.3 計算機科學總覽(重點為前兩節(jié)）第4章 量子線路（4學時）4.1 量子算法4.2 單量子位操作4.3 受控操作4.4 測量4.5 普適量子門4.6 量子計算線路模型總結4.7 量子系統(tǒng)模擬(全講）第5章 量子富立葉變換及其應用（4學時）5.1 量子富立葉變換5.2 相位估計5.3 應用: 求階與因數(shù)分解5.4 量子富立葉變換的一般應用(重點講1-3節(jié)）第6章 量子搜索算法（2學時）6.1 量子搜索算法6.2 作為量子模擬的量子搜索6.3 量子計數(shù)6.4 加快解NP-完全(complete)問題6.5 無結構數(shù)據(jù)庫的量子搜索6.6 搜索算法的最優(yōu)性6.7 黑箱算法極限（重點講1-2節(jié)）第7章 量子計算機的物理實現(xiàn)（4學時）7.1 指導原則7.2 量子計算的條件 7.3 簡諧振子量子計