OQS.jpgLecturer: Prof. Hsiu-Hau Lin

Class: M5M6M7 (Somewhere)

Textbook

The Theory of Open Quantum Systems (Breuer and Petruccione)

Reference Books

Quantum Computation and Quantum Information (Nielsen and Chuang)
Quantum Dissipative Systems (Weiss)

課程簡介


描述一個孤立的量子系統,通常可以藉由 Schrodinger equation 來描述其動力行為。然而自然界並沒有真正的孤立系統,與環境的交互作用往往不容輕忽,一些深刻而晦澀的概念如溫度、熱、熵,自然而然的冒出來。舉溫度為例,Dunkel and Hilbert [Nature Physics 10 (2014) 67-72] 最近才撰文指出教科書中溫度與熵的定義,幾乎都是照著 Boltzmann的想法,然而這並非正確!由此可見,如何去描述一個開放量子系統的動力行為,仍然是極具挑戰性的科學問題。除此之外,開放量子系統的理論也有前瞻性的應用潛力,如量子電腦的設計與建構,甚至是生物在奈米尺度下的運作機制 [The dawn of quantum biology, Nature 474 (2011) 272-274 ]。

再來談談上課方式。本課程預計修課上限為30人,學期初以4-5人為原則分組,各組自行用喜歡的科學家為組名。根據最近研究指出,學生在課堂上動手動腦又動口的話,學習效果比老師單向傳授好。因此僅第1-6週課程由老師授課,之後第7-17週課程則由修課同學主導,各個小組在課堂上提問、討論、報告,而老師則在旁協助進展方向正確。每週除上課3小時外,預估需再花6小時,才有辦法進行有效的學習。根據教科書的說法,此課程的背景知識僅為應用數學(大二)與量子物理(大三),對此我頗為懷疑,但歡迎對開放量子系統有興趣的同學來修課,挑戰一下自己。

學期評量方式很單純:修課同學於學期中,選定一篇相關研究論文研讀,於學期末繳交4頁的報告,以LATEX格式撰寫 (template.tex and its output template.pdf)。學期中報告表現佔50%,期末報告佔50%,學期成績以等第制評定。


Syllabus (Fall, 2015)


Week 1
course introduction

Week 2
classical probability theory (chap 1.1-1.3)

Week 3
Markov processes (chap 1.4-1.5)

Week 4
Levy processes (chap 1.6)

Week 5
quantum probability (chap 2.1-2.2)

Week 6
quantum entropy (chap 2.3)

Week 7
quantum measurement (chap 2.4)

Week 8
closed and open quantum systems (chap 3.1)

Week 9
Lindblad equation for quantum Markov processes (chap 3.2)

Week 10
Lindblad equation for quantum Markov processes 2 (chap 3.3)

Week 11
quantum optical master equation (chap 3.4)

Week 12
decay of two-state system (chap 3.4)

Week 13
quantum Zeno effect (chap 3.5)

Week 14
quantum Brownian motion (chap 3.6)

Week 15
quantum Brownian motion 2 (chap 3.6)

Week 16
mean-field laser equation (chap 3.7)

Week 17
super-radiance (chap 3.7)

Week 18 (Final Week)
Hand in Final Report