量子信息学引论教学大纲.doc

量子信息学引论一、课程基本情况课程编号40260012开课单位微纳电子学系课程名称中文名称量子信息学引论英文名称Introduction to Quantum Information Science教学目的与重点本课程的目的就是从具体到抽象、深入浅出地介绍量子信息科学领域的主要思想与方法。重点是一方面提供理解量子信息学所需的物理、数学、计算机科学的知识背景，另一方面使大家理解并掌握本领域的基本工具与结果。本课程既可作为普通教育的一部分，也可作为在本领域继续进行独立研究的前奏。课程负责人刘建设课程类型文化素质课 公共基础课 学科基础课专业基础课 专业课 其它教学方式讲授为主 实验/实践为主 专题讨论为主案例教学为主 自学为主 其它授课语言中文 中文英文（英文授课50%） 英文 其他外语学分学时学分2总学时32考核方式及成绩评定标准考勤：30分；课堂讨论：30分；作业：40分。旷课每次扣2分。课堂讨论分为课堂提问、重点难点讲解、最新论文译讲，要按时，重在参与。作业迟交每天扣1分，批改后及时订正，最后有30分根据作业的考试，作为对独立于完成作业质量的评定。教材及主要参考书中文外文教材M. A. Nielsen and I.L. Chuang, , Cambridge University Press, 2000. 高等教育出版社影印主要参考书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 网络资源：Virture Journal of Quantum Information/http:/arXNature,Science，Phys. Rev. Lett., Phys. Rev. A先修要求、适用院系及专业先修课: 量子力学, 线性代数适用：微纳电子学系，电子系，物理系，计算机系；电子科学与技术，计算机科学与技术等专业。二、课程内容简介量子信息学是运用量子力学基本原理进行信息的编码、通信与处理的新兴交叉学科。本课程深入浅出地介绍量子信息科学领域的主要思想与方法，一方面提供理解量子信息学所需的物理、数学、计算机科学的知识背景，另一方面使大家理解并掌握本领域的基本工具与结果。具体内容分为八章。第一章介绍量子信息学的历史发展和基本概念，突出一些重要的待解决的问题。第二章深入介绍量子信息学所需的量子力学的基本概念。第三章深入介绍量子信息学所需的计算机科学的基本概念，如图灵机、线路、计算资源的量化、计算复杂性等。第四章描述量子计算所需的基本元件和许多基本操作。第五章讲解量子富立叶变换及其在因数分解与离散对数问题中的应用，并解释这些结果对于密码学的重要性。第六章对量子搜索算法进行扼要的讲解。第七章采用实验中已经成功实现的例子，讲解量子计算机的一般设计原则与物理实现的满意判据。第八章讲解量子信息学的最新进展. 内容以同学们的报告为主。三、课程主要教学内容第1章 绪论（4学时）1.1量子信息学的历史与发展方向1.2量子位1.3量子计算1.4量子算法1.5量子信息处理实验1.6量子信息(重点讲2-4节）第2章 量子力学导论（8学时）2.1 线性代数 2.2 量子力学假定 2.3 应用: 超密编码2.4 密度算符2.5 Schmidt分解与纯化2.6 EPR与Bell不等式(全讲）第3章 计算机科学导论（4学时）3.1 计算的模型3.2 计算问题的分析3.3 计算机科学总览(重点为前两节）第4章 量子线路（4学时）4.1 量子算法4.2 单量子位操作4.3 受控操作4.4 测量4.5 普适量子门4.6 量子计算线路模型总结4.7 量子系统模拟(全讲）第5章 量子富立叶变换及其应用（4学时）5.1 量子富立叶变换5.2 相位估计5.3 应用: 求阶与因数分解5.4 量子富立叶变换的一般应用(重点讲1-3节）第6章 量子搜索算法（2学时）6.1 量子搜索算法6.2 作为量子模拟的量子搜索6.3 量子计数6.4 加快解NP-完全(complete)问题6.5 无结构数据库的量子搜索6.6 搜索算法的最优性6.7 黑箱算法极限（重点讲1-2节）第7章 量子计算机的物理实现（4学时）7.1 指导原则7.2 量子计算的条件 7.3 简谐振子量子计