体系化课程:从零基础到量子算法专家

本课程以本站 103 篇教程为教材,配套 UnifiedQuantum 教程 的动手实操,构成一个 30 课时的完整培养方案,面向有线性代数基础、希望进入量子计算研究的学生,目标是量子计算领域的专家级能力:既能推导经典算法,也能驾驭块编码/QSP/QSVT 现代算法体系,并具备在真实软件栈上落地的工程能力。

如何使用本课程

每课有三种配套材料,按需组合:

  • 教程页(本站):自学与课后精读,每页开头有"本课知识点"学习目标,页尾有分组练习题(作业库)

  • 幻灯片在线浏览:30 课 HTML slides 直接看,公式可复制。PPT 与讲稿原文保存在本站仓库 course/ppt/course/scripts/ 供下载

  • 实操页UnifiedQuantum 教程):安装 unified-quantum 动手跑通当课内容,代码可复制运行

建议节奏:课前读教程页 → 课堂跟 PPT → 课后做练习 + 实操。模块一至模块三为主线,模块四为应用与前沿专题,最后以 Capstone 项目收束。

模块一:基础与工具(第 1–7 课)

主题

教程页

实操

1

量子化的世界:波粒二象性、叠加与希尔伯特空间

量子力学的基本概念 §1–2

2

狄拉克符号、内积、幺正演化与布洛赫球

量子力学的基本概念 §3–4

3

测量、坍缩、相干性与退相干

量子力学的基本概念 §4–6

4

量子比特、张量积、纠缠与通用门集

量子计算基础 §1–2

5

测量系统化:Z-基/X-基/部分测量/期望值

量子计算基础 §3

6

UnifiedQuantum 入门:安装与第一个电路

第 5 课内容实操

快速开始

7

UnifiedQuantum 进阶:线路构建全景

线路构建

模块二:算法主线(第 8–14 课)

主题

教程页

实操

8

第一个量子算法:Deutsch-Jozsa 与 Bernstein-Vazirani

Deutsch-JozsaBernstein-Vazirani

9

量子傅里叶变换

QFT

10

相位估计

相位估计

11

Simon 算法与 Abel 隐藏子群统一视角

SimonAbel HSP

12

Grover 搜索:几何、最优迭代与下界

Grover

13

振幅放大与振幅估计

振幅放大

14

Shor 因数分解

Shor 算法

模块三:现代算法体系(第 15–20 课)

主题

教程页

实操

15

Shor 离散对数与 Trotter 哈密顿模拟

离散对数Trotterization

16

块编码:SELECT/PREPARE 与三种构造

块编码

17

量子信号处理:多项式变换与相位因子

QSP相位因子

18

Qubitization 与 QSVT

QubitizationQSVT

19

前沿应用:GQSP-QETU、LCHS、Schrodingerization

GQSP-QETULCHS薛定谔化

20

模块整合研讨

模拟与含噪后端

模块四:应用与前沿专题(第 21–28 课)

主题

教程页

实操

21

HHL 与变量时间线性求解器

HHL线性求解器

22

量子 ODE/PDE 求解器

ODEPDE

23

Gibbs 态与离散绝热

Gibbs 态离散绝热

24

不可克隆与量子密钥分发

不可克隆QKD

25

态制备、层析与 QRAM

态制备层析QRAM

26

QML I:数据编码、VQE 与 QAOA

数据编码VQEQAOA

VQE 实操

27

QML II:量子核、混合网络与贫瘠高原

量子核QNN贫瘠高原

VQE 实操

28

前沿研讨:HSP、碰撞问题、welded tree、量子密码分析

非交换 HSP碰撞/元素互异welded tree量子密码分析

Capstone(第 29–30 课)

综合项目与答辩:用 UnifiedQuantum 实现一个完整算法管线(建议:QPE→HHL,或 VQE 小分子),在真实后端或含噪 dummy 后端执行,配合校准与误差缓解校正结果,提交可复现脚本与报告。

幻灯片与讲演文案

每课配两份材料:

  • PPT 生成 promptdeck-prompts/,仅存于仓库、不发布到网页):逐页的内容规格——页面类型、主信息、卡片要点、视觉锚点与全局设计约束,可直接作为幻灯片生成工具的输入

  • 讲演文案scripts/,仅存于仓库、不发布到网页):Podcast 级逐页讲稿,标注对应幻灯片页码、语气提示与现场演示节点,可直接用于录制教学视频

  • 讲义lessons/,仅存于仓库、不发布到网页):每课的完整教学文章,作为幻灯片分页与讲稿撰写的内容底本

成品 PPT 与生成脚本保存在仓库 course/ppt/(本地文件,不部署到网页)。