量子物质与量子信息前沿
课程编码：180234070200P1006H
英文名称：Frontier of Quantum Matter and Quantum Information
课时：60
学分：3.00
课程属性：学科核心课
主讲教师：张龙等
教学目的要求
凝聚态物理与量子信息的交叉融合极大地促进了量子多体物理、量子信息与量子计算的发展。本课程面向研究生和高年级本科生，帮助学生理解和掌握该前沿交叉领域的基础知识，包括拓扑物态、量子纠错、拓扑量子计算等，为从事拓扑物态与量子计算前沿研究打下基础。
预修课程
量子力学、高等量子力学、固体物理
大纲内容
第一章 量子多体物理基础
第1节 量子比特 2学时 姜胜寒
第2节 多比特系统 2学时 姜胜寒
第3节 量子Ising模型 3学时 姜胜寒
第4节 绝缘体与超流 3学时 姜胜寒
第二章 量子纠缠与对称性保护拓扑态
第1节 关联与量子纠缠 2学时 姜胜寒
第2节 纠缠熵与面积率 2学时 姜胜寒
第3节 矩阵乘积态 2学时 姜胜寒
第4节 AKLT模型 2学时 姜胜寒
第5节 对称性保护拓扑态 2学时 姜胜寒
第三章 拓扑序
第1节 toric code模型 4学时 张龙
第2节 拓扑激发、任意子 4学时 张龙
第3节 拓扑纠缠熵 2学时 张龙
第4节 弦网模型 2学时 张龙
第四章 量子纠错
第1节 量子线路与量子信道 2学时 姜胜寒
第2节 量子测量 2学时 姜胜寒
第3节 量子纠错码 2学时 姜胜寒
第4节 拓扑量子纠错码 2学时 姜胜寒
第5节 纠错阈值与相变 2学时 姜胜寒
第五章 拓扑物态与量子计算
第1节 Majorana模与拓扑量子门 3学时 张龙
第2节 基于测量的拓扑量子计算 3学时 张龙
第3节 手征拓扑超导态 4学时 张龙
第4节 Majoran链及物理实现 4学时 张龙
第5节 Majorana模的测量方案 4学时 张龙
教材信息
1、
Quantum Information Meets Quantum Matter
Bei Zeng, Xie Chen, Duan-Lu Zhou, and Xiao-Gang Wen
2019年1月
Springer
参考书
1、
量子计算与量子信息
Michael A. Nielsen, Isaac L. Chuang(著), 孙晓明
2022年10月
电子工业出版社
2、
Topological Insulators and Topological Superconductors
B. Andrei Bernevig
2013年1月
Princeton University Press
课程教师信息
张龙，中国科学院大学卡弗里所长聘副教授，教育部青年人才项目入选者。2010年在清华大学物理系取得物理学学士学位，2015年在清华大学高等研究院取得物理学博士学位。2015年至2017年在北京大学物理学院从事博士后研究。2017年6月加入中国科学院大学卡弗里所，2022年9月起任长聘副教授。主要研究方向为量子多体系统中的新奇物态与量子相变理论。通过搭建理论模型与实验现象之间的桥梁，揭示量子材料中新奇物态的普适物理机制，并探索其在未来量子科技中的潜在应用。
姜胜寒博士现任中国科学院大学长聘教轨助理教授，从事量子多体理论方面的工作。他于北京大学获得学士学位，后赴美国波士顿学院取得物理学博士学位，并在加州理工学院从事博士后研究。其研究聚焦强关联量子多体系统的新奇现象，核心方向包括拓扑序、张量网络方法、量子相变以及开放量子体系等，并在Phys. Rev. X，Phys. Rev. Lett.等顶级期刊发表系列重要研究成果。