高速計算與量子計算之應用與實作
High-Performance and Quantum Computing: Applications and Implementation
| 節 | 週三 |
|---|---|
5 13:20–14:10 | 高速計算與量子計算之應用與實作 CS-PC4（光復） 3 節連堂 |
6 14:20–15:10 | |
7 15:30–16:20 |
* 根據陽明交大上課時間表所列
本課程以「高速計算與量子計算之應用與實作」為主題，旨在引導學生理解後摩爾時代的計算趨勢，並掌握高效能計算（HPC）與量子計算（QC）的核心概念與實作方法。課程內容涵蓋平行計算、GPU加速運算、量子計算基礎與量子電路模擬、量子優化演算法，以及量子機器學習等主題。學生將透過理論講授與程式實作，建立從傳統高速計算到量子計算的整合性知識架構，並以Qiskit、CUDA-Q等工具在遠端高速運算叢集（HPC cluster）上進行實作與專題演練。 課程目標： 1. 建立高速計算與量子計算的理論基礎概念；2. 能在遠端高速運算叢集上進行平行與加速運算實作與效能評估；3. 能開發程式完成量子電路建構與模擬；4. 能整合跨領域方法，完成量子優化與量子機器學習的應用案例；5. 透過專題實作與成果展示，培養問題解決與團隊合作能力。
建議修課學生具備以下背景與能力，以利學習與專題實作：1. 程式設計基礎，以 Python 為佳，能撰寫與理解程式並復現範例。2. 數學基礎，熟悉線性代數與矩陣運算，能用於量子算法理解與實作。
無備註
1.理論 + 實作並重：前半段打基礎，後半段強調程式設計與應用； 2. 工具導向：學生將實際操作HPC平台與量子計算模擬器； 3. 專題導向：最後以專題整合，提升跨領域應用能力。
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量子計算基礎
- 講授：
- 3
- 實作：
- 3
量子計算平台與實作
量子程式設計工具(Qiskit、CUDA-Q)、雲端量子計算平台、量子模擬器與硬體、量子機器學習概念、量子優化問題
- 講授：
- 3
- 實作：
- 3
- 其他：
- 3
高速計算與量子計算的整合與應用
高速計算與量子計算整合(混合計算架構)、使用HPC或量子平台完成應用案例
- 講授：
- 9
- 示範：
- 9
- 實作：
- 9
基礎導論與高速計算
高速計算的歷史與發展、超級電腦架構與應用領域、MPI、OpenMP基礎、GPU加速與CUDA簡介、高速計算應用案例
- 講授：
- 3
- 實作：
- 3
| 週次 | 主題 |
|---|---|
| 第 1 週 | 課程簡介與概覽、高速計算的發展與應用、平行計算的基本概念與工具 |
| 第 2 週 | HPC軟體與GPU加速工具、高速計算在科學與工程領域的應用 |
| 第 3 週 | 量子計算基礎：量子位元、量子態、量子邏輯閘、量子電路、量子糾纏 |
| 第 4 週 | 量子演算法基礎：相位估計與因式分解、Grover演算法 |
| 第 5 週 | 量子資訊基礎：密度矩陣、量子通道、量測 |
| 第 6 週 | 速大規模量子電路模擬：狀態向量模擬、張量網路模擬。 |
| 第 7 週 | 期中專題題案報告 |
| 第 8 週 | 量子計算應用案例：變分量子演算法與應用 |
| 第 9 週 | 量子計算應用案例：量子機器學習-量子核方法 |
| 第 10 週 | 量子計算應用案例：量子機器學習-量子神經網路 |
| 第 11 週 | 量子計算應用案例：Quantum Pointwise Convolution Networks、Quantum adaptive excitation network |
| 第 12 週 | 量子計算應用案例：量子增強時間序模型(QK-LSTM、QKAN-LSTM) |
| 第 13 週 | 量子計算應用案例：量子化學分子生成 |
| 第 14 週 | 量子計算應用案例：量子優化演算法 |
| 第 15 週 | 量子計算應用案例：量子啟發演算法、量子禁忌搜索演算法 |
| 第 16 週 | 期末專題報告 |
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