量子信息与量子密码  0839X1M05001H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:专业普及课 | 任课教师:杨理
授课时间: 星期一,第9、10、11 节
授课地点: 教一楼304
授课周次: 1、2、3、4、6、7、8、10、11、12、13、14、16
课程编号: 0839X1M05001H 课时: 40 学分: 2.00
课程属性: 专业普及课 主讲教师:杨理 助教:
英文名称: Quantum information and quantum cryptography 召集人:

教学目的、要求

本课程为网络空间安全学科研究生的普及课,讲授量子信息、量子计算、量子通信和量子密码等研究前沿的主要思想、方法和理论。量子信息概念是从自然界基本定律出发对信息概念所作的自然推广,量子信息科学与技术是近二十年来迅猛发展、在基础研究和应用技术领域都具有重要意义的新兴交叉学科。本课程的教学目的是使同学们熟悉量子信息科学与技术的基础理论,掌握其基本思想和方法,为从事相关研究工作准备必要的知识和能力。本课程同样适合物理学、数学和计算机科学与技术等学科的研究生选修。

预修课程

普通物理,线性代数

教 材

M.A. Nielsen and I.L. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge University Press

主要内容

第一章 经典信息与量子信息

     1.1  经典比特与量子比特

     1.2  经典逻辑门与量子逻辑门

     1.3  经典信息与量子信息

     1.4  经典算法与量子算法

     1.5  经典计算机与量子计算机

     1.6  量子计算机容许逻辑深度 
第二章 线性代数与量子力学基础

     2.1  矩阵的极式分解

     2.2  奇异值分解

     2.3  正规算子的谱分解定理

     2.4  算子函数

     2.5  密度算子

     2.6  复合体系

     2.7  二体纯态的Schmidt分解定理

     2.8  量子POVM测量理论

      2.9   Neumark定理

      2.10 Bell定理与Bell不等式
第三章 量子信息理论基础

     3.1  迹距离与保真度

      3.2  Von Neumann熵

      3.3  Holevo定理

     3.4  纠缠变换与LOCC

     3.5  纠缠的蒸馏与纯化

     3.6  纠缠的分类与度量 
第四章 量子通信

     4.1  量子超密编码

     4.2  量子Teleportation

     4.3  量子纠缠交换

     4.4  量子信道容量

     4.5  量子错误

       4.6   Shor量子码

     4.7  经典Hamming码与CSS量子纠错码 
第五章 量子算法

     5.1  若干早期量子算法

     5.2  量子Fourier变换

     5.3  相位估计

      5.4   Shor算法及其发展 
第六章 量子密码

      6.1  QKD基本协议

      6.2  Decoy态方法

     6.3  仪器无关的安全性

     6.4  量子保密信道

     6.5  量子位承诺问题

     6.6  量子公钥密码体制

     6.7  量子信息密码学

参考文献

1.  A.Peres, Quantum Theory: Concepts and Methods, Kluwer Academic, Dordrecht,1993
      2.  J.Gruska, Quantum Computing, McGraw-Hill Publishing Company,1999