2015-Open+Quantum+Systems

**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 ( and its output ). 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)
course introduction
 * Week 1**

classical probability theory (chap 1.1-1.3)
 * Week 2**

Markov processes (chap 1.4-1.5)
 * Week 3**

Levy processes (chap 1.6)
 * Week 4**

quantum probability (chap 2.1-2.2)
 * Week 5**

quantum entropy (chap 2.3)
 * Week 6**

quantum measurement (chap 2.4)
 * Week 7**

closed and open quantum systems (chap 3.1)
 * Week 8**

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

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

quantum optical master equation (chap 3.4)
 * Week 11**

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

quantum Zeno effect (chap 3.5)
 * Week 13**

quantum Brownian motion (chap 3.6)
 * Week 14**

quantum Brownian motion 2 (chap 3.6)
 * Week 15**

mean-field laser equation (chap 3.7)
 * Week 16**

super-radiance (chap 3.7)
 * Week 17**

Hand in Final Report
 * Week 18 (Final Week)**