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課程名稱 |
量子資訊與計算
Quantum Information and Computation |
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開課學期 |
109-2 |
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授課對象 |
理學院 數學研究所 |
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授課教師 |
鄭皓中 |
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課號 |
CommE5061 |
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課程識別碼 |
942 U0750 |
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班次 |
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學分 |
3.0 |
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全/半年 |
半年 |
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必/選修 |
選修 |
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上課時間 |
星期三2,3,4(9:10~12:10) |
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上課地點 |
明達231 |
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備註 |
總人數上限：40人 |
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課程簡介影片 |
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核心能力關聯 |
核心能力與課程規劃關聯圖 |
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課程大綱
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為確保您我的權利,請尊重智慧財產權及不得非法影印
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課程概述 |
此課程規劃為三大部分:第一部份為量子資訊的數學模型;第二部分為量子資訊於計算的應用;第三部分為量子資訊於通訊相關領域的應用與進階議題。
1. Foundations of Quantum Theory I: Postulates and Quantum States.
2. Foundations of Quantum Theory II: Measurements and Operations.
3. Basic Quantum Protocols.
4. Quantum Computation I: Quantum Circuit Model and Algorithms.
5. Quantum Computation II: Algorithms Based on Amplitude Amplification.
6. Quantum Computation II: Algorithms Based on Phase Estimation.
7. State Discrimination and Semidefinite Programming.
8. Quantum Entanglement and Its Usage.
9. Quantum Shannon Theory I: Entropy and Quantum Hypothesis Testing.
10. Quantum Shannon Theory II: Quantum Compression.
11. Quantum Shannon Theory III: Quantum Communication.
12. Quantum Cryptography: Quantum Key Distribution.
13. Advanced Topics: Quantum Error Correction (as time permits). |
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課程目標 |
此課程教授量子資訊處理領域的基本原理，為量子計算、量子通訊、量子密碼學等量子資訊科學的基石課程。課程中將介紹量子資訊的數學模型，在此模型之下進行資訊處理、壓縮、傳輸、計算的相關協定與演算法，以及在量子資訊處理的架構下展現有別於古典資訊的特性。
詳細課程目標如下:
1. 介紹量子資訊(或稱量子位元)的基本原理及數學架構-如何刻劃、處理、度量之。
2. 呈現量子計算的基本主題，包含量子電路模型、基礎量子演算法、與如何利用量子計算的特點以加速古典計算程序。
3. 學習各類量子資訊處理協議，包含量子資訊壓縮、經由量子通道傳輸古典及量子資訊。
4. 使學生具備獨立研讀量子資訊領域之前瞻主題與開創嶄新量子資訊之科技應用項目的能力。
5. 藉由學期專題涉略量子資訊處理的最新研究成果、實驗發展、以及產業動態。 |
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課程要求 |
此為研究所課程，但亦鼓勵大學部學生修習。
預修科目為線性代數以及基礎的機率與統計。
成績評量方式為課後作業、期中考試、以及期末專題報告。 |
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預期每週課後學習時數 |
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Office Hours |
每週三 12:10~13:10 備註： booking via email preferred |
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指定閱讀 |
教科書: Michael Nielsen and Issac Chuang. Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge University Press, 2009. |
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參考書目 |
[1] Benjamin Schumacher and Michael Westmoreland. Quantum Processes Systems, and Information, Cambridge Press, 2010.
[2] P. Kaye, R. Laflamme, M. Mosca. An Introduction to Quantum Computing, Oxford University Press, 2007.
[3] Mark M. Wilde. Quantum Information Theory, Cambridge University Press, 2018.
[4] John Watrous. The Theory of Quantum Information, Cambridge University Press, 2018.
[5] Mario Ziman and Teiko Heinosaari. The Mathematical Language of Quantum Theory: From Uncertainty to Entanglement, Cambridge University Press, 2011. |
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評量方式
(僅供參考) |
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No. |
項目 |
百分比 |
說明 |
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1. |
課後作業 |
55% |
HW1 (15%), HW2 (15%), HW3 (15%), and HW4 (10%). HW4 might be incorporated with the final project |
2. |
期中考試 |
20% |
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3. |
期末專題報告 |
25% |
Could be 35 % depending on HW4 |
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週次 |
日期 |
單元主題 |
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第1週 |
2/24 |
Quantum Postulates (HW 0 released) |
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第2週 |
3/03 |
The No-Go Theorems |
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第3週 |
3/10 |
Basic Quantum Protocols (HW 1 released) |
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第4週 |
3/17 |
Quantum Circuits and The Oracle models |
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第5週 |
3/24 |
The Amplitude Amplification Algorithm |
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第6週 |
3/31 |
The Phase Estimation Algorithm (HW 2 released) |
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第7週 |
4/07 |
The Phase Estimation Algorithm - Continued |
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第8週 |
4/14 |
Non-Local Games |
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第9週 |
4/21 |
Mid-term exam (tentative) |
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第10週 |
4/28 |
Mixed State Formalism and Quantum Operations |
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第11週 |
5/05 |
Quantum Data Compression (HW 3 released) |
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第12週 |
5/12 |
Classical Communication over Quantum Channels |
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第13週 |
5/19 |
Quantum Communication over Quantum Channels |
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第14週 |
5/26 |
Quantum Error Correction Codes (HW 4 released) |
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第15週 |
6/02 |
Miscellaneous Quantum Topics |
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第16週 |
6/09 |
Final Project Presentation |
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第17週 |
6/16 |
Final Project Presentation |
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