中正大學課程大綱
課程名稱(中文)： 量子計算及演算法 開課單位： 資訊工程研究所(Graduate Institute of Computer Science and Information Engineering)
課程名稱(英文) Quantum Computations and Algorithms 課程代碼 4105002_01
授課教師： 游寶達 學分數 3
必/選修 選修 開課年級 碩博合開
先修科目或先備能力：
微積分、線性代數、高中複數
課程概述：
本課程著重在學習量子計算理論及其對應之量子演算法及程式設計，以提升人工智慧的計算量能，主要以IBM的QASM及Qiskit、Google的Cirq、及Microsoft的Q#/QDK為執行架構，並在其模擬環境中，進行量子程式之執行體驗，進而有足夠能力投入相關的研究議題。
學習目標：
1. 讓學生了解量子計算相關的理論及數學模型，包括量子疊加、量子糾纏、量子量測、相位回擊、控制量子閘、布林控制閘等。進一步了解複數內積空間與量子計算的關聯性。實作部分
教科書：
Introduction to Quantum Computing with Q# and QDK, Filip Wojcieszyn
A First Introduction to Quantum Computing and Information, 2. Bernard Zygelman
Quantum Computing for Computer Scientists, 3. Noson S. Yanofsky and Mirco A. Mannucci
請尊重智慧財產權，使用正版教科書

課程大綱 分配時數 核心能力 備註
單元主題 內容綱要 講授 示範 隨堂作業 其他
01. Quantum Computing
 Quantum vector space
 Quantum superposition/collapse
 Bloch sphere
 Intr. to Q# and IBM composer
 4 2 12345678
Week 01 Week 02
02. Quantum Gates and Circuits
 Elementary quantum gates
 Unitary operators
 Quantum circuits
 Quantum computing properties
 4 2 12345678
Week 03 Week 04
03. Entanglement and Phase Kickback
 Entanglement
 Phase Kickback
 Examples
 4 2 12345678
Week 05
Week 06
04. Reversibility and Uf Gates
 Controlled gates
 Uf gates
 Circuit design theorem
 Examples
 4 2 12345678
Week 07
Week 08
05. Quantum Teleportation
 Quantum teleportation circuit
 Simulation
 More entanglement constraint
 3 3 12345678
Week 09
(期中考)
Week 10
Deutsch–Jozsa Algorithm
 Background review
 Deutsch–Jozsa algorithm and circuit
 Research issues
 2 1 12345678
Week 11
Bernstein–Vazirani Algorithm
 Background review
 Bernstein–Vazirani algorithm and circuit
 Research issues
 2 1 12345678
Week 12
Grover's Algorithm
 Background review
 Grover's algorithm and circuit
 Research issues
 2 1 12345678
Week 13
Shor's Algorithm
 Background review
 Quantum Fourier transformation
 Shor's algorithm and circuit
 Research issues
 4 2 12345678
Week 14
Week 15
Paper Study
 Collected papers
 Density matrices
 6 12345678
Week 16
Week 17
(paper presentation)
11. Discussion and final examination
 Research discussion
 Final exam
 3 12345678
Week 18

教育目標
1.具獨立從事學術研究或產品創新研發之人才
2.具團隊合作精神及科技整合能力，並在團隊中扮演領導、規劃、管理之角色
3.具自我挑戰與終身學習能力之人才
4.具有學術倫理、工程倫理、國際觀之人才

核心能力
1.具有資訊工程與科學領域之專業知識(Competence in computer science and computer engineering.)
2.具有創新思考、問題解決、獨立研究之能力(Be creative and be able to solve problems and to perform independent research.)
3.具有撰寫中英文專業論文及簡報之能力(Demonstrate good written, oral, and communication skills, in both Chinese and English.)
4.具策劃及執行專題研究之能力(Be able to plan and execute projects.)
5.具有溝通、協調、整合及進行跨領域團隊合作之能力(Have communication, coordination, integration skills and teamwork in multi-disciplinary settings.)
6.具有終身學習與因應資訊科技快速變遷之能力(Recognize the need for, and have the ability to engage in independent and life-long learning.)
7.認識並遵循學術與工程倫理(Understand and commit to academic and professional ethics.)
8.具國際觀及科技前瞻視野(Have international view and vision of future technology.)

請尊重智慧財產權，不得非法影印教師指定之教科書籍

教學要點概述：
1. 教材編選(可複選)：自編簡報(ppt)教科書作者提供
2. 教學方法(可複選)：講述板書講述
3. 評量工具(可複選)：上課點名 0%, 隨堂測驗0%, 隨堂作業20.00%, 程式實作20.00%, 實習報告0.00%,
                       專案報告0%, 期中考20.00%, 期末考20.00%, 期末報告20.00%, 其他0%,
4. 教學資源：課程網站 教材電子檔供下載 實習網站
5. 教學相關配合事項： 學生自備筆電，搭配上課之程式演練

課程目標與教育核心能力相關性        
請勾選：12345678
1 具有資訊工程與科學領域之專業知識(Competence in computer science and computer engineering.)
為何有關：
學習量子程式設計
達成指標：
量子計算理論、演算法、程式設計
評量工具(可複選)：
實作、作業、測驗
2 具有創新思考、問題解決、獨立研究之能力(Be creative and be able to solve problems and to perform independent research.)
為何有關：
量子程式設計新發展趨勢
達成指標：
了解IBM、Google、Microsoft的設計發展趨勢及技術
評量工具(可複選)：
實作、作業、測驗
3 具有撰寫中英文專業論文及簡報之能力(Demonstrate good written, oral, and communication skills, in both Chinese and English.)
為何有關：
以量子程式解決傳統程式之計算問題
達成指標：
開發新量子程式
評量工具(可複選)：
實作、作業、測驗
4 具策劃及執行專題研究之能力(Be able to plan and execute projects.)
為何有關：
新的研究議題
達成指標：
能閱讀量子計算之相關論文
評量工具(可複選)：
論文報告
6 具有終身學習與因應資訊科技快速變遷之能力(Recognize the need for, and have the ability to engage in independent and life-long learning.)
為何有關：
學習量子電腦新科技的快速變遷之能力
達成指標：
能閱讀量子計算之相關論文
評量工具(可複選)：
論文報告
8 具國際觀及科技前瞻視野(Have international view and vision of future technology.)
為何有關：
了解量子電腦新科技的國際發展趨勢
達成指標：
能閱讀量子計算之相關論文、報告
評量工具(可複選)：
論文報告