作为量子物理、计算机科学与信息科学相结合而产生的新兴交叉学科，量子计算与量子信息是未来物理学和信息学发展的重大方向之一。自上世纪80年代费曼在《用计算机模拟物理学》演讲中开启量子计算这一研究领域的大规模研究以来，人们从提出若干重要理论算法到在测量和操控量子系统方面取得突破性实验进展，量子计算之光逐渐照进现实。
《量子计算》课程面向大二、大三本科生，旨在讲授量子计算的基本知识，重要理论和方法；帮助学生了解量子计算的前沿科研进展，培养科学思维方法与科学素养，使之具备初步解决量子计算问题的思维能力。
课程简介
本课程讲授量子计算的基本原理，包括量子计算的基本概念（量子比特，量子态，量子演化，量子测量），基于黑箱的基础算法（Deutsch-Jozsa算法，Simon算法），Grover 搜索算法与量子游走，Shor 大数分解算法及其指数级量子加速，量子复杂性理论，量子模拟，HHL 量子线性代数求解算法，以及前沿科研进展等。
课程信息
- 课程名称：量子计算
- 课程编号：04834940
- 课程学分：3
- 课程类别：本科生任选
- 开课单位：信息科学技术学院
- 授课教师：李彤阳
- 授课时间：单周周三5-6节，每周周五5-6节
- 授课地点：三教 403
- 先修课程：无，推荐有线性代数基础
课程大纲
- 课程概论
量子计算的简介，简要介绍基于光学，超导，离子阱的量子计算机实现，以及领域目前的发展现状
- 量子计算的基础理论介绍
基于线性代数的量子计算理论；
量子线路基础介绍
- 基于黑箱的基础算法
Deutsch-Jozsa 算法；Simon 算法
- Grover 算法和量子游走
Amplitude amplification，Grover 算法，连续和离散量子游走，量子游走的指数加速
- Shor 算法及其指数级量子加速
量子傅里叶变换和量子相位估计；Order finding 和 Shor 算法
- 量子模拟
哈密顿量模拟，product formula，酉变换的线性组合
- HHL 量子线性方程求解算法
HHL algorithm for solving linear systems; Quantum singular value transformation algorithm
- 量子复杂性理论
简要介绍经典复杂性类 P，NP 等；量子计算复杂性类 BQP，QMA 的定义，QMA-完全问题
考核方式
- 日常作业 - 25%
- 中期项目 - 35%
- 期末考核 - 40%
作业共5次各占5%，预先制定发放、上交及习题课日期，每次约两周，鼓励交流讨论；
项目可选单人或两人组队，可选择的类别包括：探讨课纲外文献、使用编程平台实现量子算法、原创课题研究等，项目提案5%，报告20%，展示10%；
期末考核风格接近日常作业，允许携带一张 cheat sheet。
授课教师简介
李彤阳
北京大学前沿计算研究中心
助理教授
李彤阳，2015年在清华大学交叉信息研究院（姚班）和数学科学系分别获得工学士学位和理学士学位，2020年在美国马里兰大学获得博士学位，之后在麻省理工学院从事博士后研究工作。2021年7月加入北京大学前沿计算研究中心，任助理教授（博士生导师）。
他的科研围绕理论计算机、量子计算、人工智能的交叉领域展开，研究成果已在 Journal of ACM、STOC、IEEE Transactions on Information Theory、ICML、NeurIPS、AAAI 等期刊、会议发表论文十余篇；6次受邀在国际量子信息方向的权威会议 QIP 上作报告；担任量子科学领域期刊 Quantum 的期刊编辑，以及相关领域多家顶级期刊和会议的审稿人，并于 ICML 2020和 ICML 2022会议中荣获优秀审稿人奖和杰出审稿人奖。曾获得 IBM 博士奖学金、美国自然科学基金委 QISE-NET Triplet 奖学金、以及马里兰大学 Lanczos 奖学金。
,
