2024年7月1日至7月5日，受北京大学集成电路学院邀请，意大利米兰理工大学Daniele lelmini教授在北京大学讲授了暑期课程《量子硬件技术：从量子比特到量子计算机》（该项目入选北京大学海外名家讲学计划），课程由孙仲研究员主持。来自校内外（包括海外高校）的17名学生选修了该课程，10余名教师、学生参与旁听。同时，Daniele lelmini教授与学院领导、教师开展了“新型存储器件与计算范式”研究领域的学术交流。lelmini教授的课程就量子计算基础、自旋量子比特、超导量子比特、硬件量子电路等方面作了全面介绍，涵盖量子计算相关的理论知识和物理实现。

lelmini教授首先从图灵、香农、费曼等人物出发，介绍了量子计算的发展历史。随后，他系统地讲解了量子比特、量子叠加、量子纠缠等量子计算的基本概念，让学生深入理解了量子计算的高并行性和加速计算能力。此外，课程还涉及了量子力学基础知识，如薛定谔方程及其在无限深势阱下的解。

在自旋量子比特这一部分，lelmini教授从斯特恩-盖拉赫实验出发，引入自旋这一概念，并通过自旋角动量的量子化解释了实验观测到的现象。他还介绍了布洛赫球这一直观的量子态表示方法,以及Pauli算符,通过它们可以实现对量子比特的操控。最后，lelmini教授讲授了电子自旋共振(ESR)和拉比振荡,这些技术为精确操控自旋量子比特奠定了基础。

随后，lelmini教授重点分享了基于量子点和超导原理的量子比特实现技术。他深入阐述了量子点单电子操控、库仑封锁等概念，以及相应的自旋量子比特结构和电路。此外，lelmini教授还讲解了超导量子比特基础知识，包括BCS理论、库珀对、通量量子化、SQUID、LC振荡器、约瑟夫森结等，说明了这些超导器件如何构建相位、通量、电荷等不同类型的量子比特，并对比了自旋和超导量子比特的特点。

最后，lelmini教授讲解了硬件量子电路的设计与合成、量子保真度和纠错等知识，重点介绍了库珀对和Transmon两种主流的超导量子比特。此外，lelmini教授阐述了量子比特的初始化、控制和读出等硬件层面的关键技术。同时，他还分享了目前国内外主要量子计算厂商在量子硬件领域的研究进展。

本次量子硬件技术暑期课程帮助学生全面了解了当前量子计算硬件技术的前沿动态，为未来深入研究量子计算打下了坚实基础。参加此次课程的同学们收获颇丰，对量子计算理论知识和硬件实现有了更深入的认识。同时，此次交流加强了学院教师与Daniele Ielmini教授的学术联系，有助于我校集成电路学科的发展。

个人介绍：

Daniele lelmini是米兰理工大学电子信息与生物工程学院教授，IEEE Fellow。他于2000年获得米兰理工大学博士学位，曾在英特尔公司(2006)、斯坦福大学(2006)和伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(2010)担任访问学者。他的研究兴趣包括非易失性存储器，如相变存储器(PCM)、阻变存储器(RRAM)和自旋转移力矩磁存储器(STT-MRAM)，以及新型存内计算电路。他撰写合著了15本著作，并在国际期刊和国际会议上发表学术论文400多篇，以及申请8项专利。他是国际期刊IEEE Trans.Nanotechnology和Semiconductor Science and Technology的副主编，并曾获Intel Outstanding Researcher Award、Ovshinsky Award、IEEE-EDS Paul Rappaport Award等国际奖项，并承担ERC Consolidator Grant和ERC Advanced Grant等重要项目。