◎系所教育目標：
為配合國家建設及產業發展之需要，本系以培育中高級資訊科技人才為目的。在教學理念上除了注重理論的探討之外並強調實際動手的能力，以期培育出具有深厚學識基礎並能實際應用的資訊科技人才。在專業必修中涵蓋基礎理論、電腦硬體、作業系統、資料結構及計算機網路等方面，並有畢業專題製作，使學生紮實基礎，同時課程包含四個專業學程，兼顧學術及實務之分流與訓練。分別為一：軟體工程及知識工程學程、二：互動多媒體學程、三：網路及資訊安全學程、四：資訊系統開發實務學程，以期作為日後升學就業的準備。 |
| ◎核心能力 | 關聯性 |
| 1.應用數理邏輯推理之能力 | 4 關聯性稍強 |
| 2.具備資訊軟體專業之能力 | 4 關聯性稍強 |
| 3.具備資訊硬體專業之能力 | 3 關聯性中等 |
| 4.發掘、分析及解決問題之能力 | 4 關聯性稍強 |
| 5.現代資訊發展工具之使用與熟悉資訊應用系統之能力 | 2 關聯性稍弱 |
| 6.資訊軟體或硬體創新設計與實作之能力 | 4 關聯性稍強 |
| 7.有效溝通與團隊合作之能力 | 2 關聯性稍弱 |
| 8.培養人文素養、專業倫理責任、社會關懷與生活技能之能力 | 1 關聯性最弱 |
◎本學科內容概述：
近年來，量子資訊科學在理論和實驗上都取得重大的突破，包括量子計算、量子資訊、與量子電腦程式設計三個方面。 本課程目標為學習量子資訊基礎理論、量子電腦(如IBM、Google等)的介紹、量子運算演算法的基礎知識、與量子電腦程式設計實作。 除了進行量子電路模擬(如IBM quantum experience composer)之外，將介紹如何利用 IBM qiskit 或Google cirq遠端控制開放使用的 IBM/Google量子電腦處理器，將自己設計的電路送上量子電腦執行。進而了解量子電腦適合做什麼(如問題類型或演算法)。 |
◎本學科教學內容大綱：
什麼是量子電腦
量子電腦的現況
古典位元與量子位元
量子物理性質:
疊加(superposition)、量子糾纏(entanglement)、量子測量(measurement)
表示量子態的符號(狄拉克符號)
表示量子態的圖(布洛赫球)
表示量子位元的希爾伯特空間(矩陣)
多個量子位元的表示法
古典電腦邏輯閘 vs. 量子電腦量子閘
量子閘的運作: X, Z, H, CX, CZ等
使用H閘與CNOT閘生成量子糾纏態
測量
量子閘的組合、SWAP電路
加法電路
使用加法電路的平行計算
可逆計算
量子遙傳
量子纏結態的雙量子位元
量子遙傳
量子電路表現
量子遙傳的特徵
IBM quantum experience composer 電路設計
Google cirq與IBM qiskit程式設計實作
Grover演算法
Shor演算法
VQE變分量子特徵值求解演算法
Simon秘密分享演算法
量子傅立葉變換
量子機器學習 |
◎本學科學習目標：
近年來，量子資訊科學在理論和實驗上都取得重大的突破，包括量子計算、量子資訊、與量子電腦程式設計三個方面。
本課程目標為
1.理解量子資訊基礎理論
2.瞭解量子電腦(如IBM、Google等)的介紹
3.理解量子運算演算法的基礎知識
4.能完成量子演算法之程式設計實作
5.能設計與模擬量子電路(如IBM quantum experience composer) |
| ◎教學進度： |
| 週次 | 主題 | 教學內容 | 教學方法 |
01
| 量子電腦的介紹 | 什麼是量子電腦
量子電腦的現況 | 講授。 |
02
| 量子電腦的介紹 | 古典位元與量子位元
量子物理性質:疊加(superposition)、量子糾纏(entanglement)、量子測量(measurement) | 操作/實作、講授。 |
03
| 量子位元的表示法 | 表示量子態的符號(狄拉克符號)
表示量子態的圖(布洛赫球)
表示量子位元的希爾伯特空間(矩陣)
多個量子位元的表示法 | 操作/實作、講授。 |
04
| 量子閘 | 古典電腦邏輯閘 vs. 量子電腦量子閘
量子閘的運作: X, Z, H, CX, CZ等
使用H閘與CNOT閘生成量子糾纏態
測量 | 操作/實作、講授。 |
05
| 量子閘 | 量子閘的組合
SWAP電路
加法電路
使用加法電路的平行計算
可逆計算 | 操作/實作、講授。 |
06
| 量子電路 | 量子遙傳
量子纏結態的雙量子位元
量子遙傳
量子電路表現
量子遙傳的特徵 | 操作/實作、講授。 |
07
| 量子電腦程式設計 | IBM quantum experience composer 電路設計 | 操作/實作、講授。 |
08
| 量子電腦程式設計 | Google cirq與IBM qiskit程式設計實作 | 操作/實作、講授。 |
09
| 期中考 | 期中考 | 期中考。 |
10
| 量子演算法 | Grover演算法 | 操作/實作、講授。 |
11
| 量子演算法 | Simon秘密分享演算法 | 操作/實作、講授。 |
12
| 量子演算法 | 量子傅立葉變換 | 操作/實作、講授。 |
13
| 量子演算法 | Shor演算法 | 操作/實作、講授。 |
14
| 量子演算法 | VQE變分量子特徵值求解演算法 | 操作/實作、講授。 |
15
| 量子演算法應用 | 量子機器學習 | 操作/實作、講授。 |
16
| 量子演算法應用 | 量子演算法應用微專題報告 | 口頭報告、討論。 |
17
| 量子演算法應用 | 量子演算法應用微專題報告 | 口頭報告、討論。 |
18
| 期末考 | 期末考 | 期末考。 |
◎課程要求：
先修過邏輯設計、演算法、密碼學相關課程為佳 |
◎成績考核
課堂參與討論10%
期中考25%
期末考25%
操作/實作20%
作業/習題演練20%
|
◎參考書目與學習資源
Michael A. Nielsen, Isaac L. Chuang. Quantum Computation and Quantum Information: 10th Anniversary Edition, Cambridge University Press, 2010.
Hiu Yung Wong. Introduction to Quantum Computing: From a Layperson to a Programmer in 30 Steps. Springer Nature, 2022.
江振瑞，輕鬆學量子程式設計: 從量子位元到量子演算法，碁峰，2022。 |
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