PRESENTAZIONE

Lo scopo di questo corso è quello illustrare i principi fisici alla base della computazione quantistica e della teoria quantistica dell’informazione.

Il ruolo giocato da proprietà quantistiche quali il principio di sovrapposizione e l'entanglement nell'ambito di algoritmi quantistici e di protocolli di comunicazione sarà discusso nel dettaglio.

Verranno inoltre descritte nel dettaglio due fra le principali piattaforme sperimentali (ioni intrappolati e circuiti superconduttivi) in cui tali tecnologie quantistiche vengono attualmente implementate.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Questo insegnamento fornirà gli strumenti concettuali chiave per la comprensione dei più recenti sviluppi nei campi della computazione quantistica e dell’informazione quantistica. Si porrà grande attenzione nello spiegare protocolli crittografici quantistici, algoritmi quantistici (di Deutsch, di Grover, di Shor) e nel discutere le principali realizzazioni concrete di un qubit (ioni intrappolati, qubit a superconduttore, punti quantici).

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Al termine di questo corso lo studente sarà in grado di:

i) descrivere e caratterizzare fenomeni quantistici quali il principio di sovrapposizione e l'entanglement; 

ii) comprendere il ruolo giocato da tali fenomeni in algoritmi di computazione quantistica (Deutsch e Grover) e protocolli di comunicazione

(Quantum Key Distribution e Teletrasporto Quantistico);

iii) analizzare il funzionamento di dispositivi basati sulla fisica atomica (ioni intrappolati) e sulla fisica dello stato solido (circuiti superconduttivi) in vista delle loro applicazioni come qubit.

PREREQUISITI

Nessuno

MODALITA' DIDATTICHE

Saranno svolte lezioni frontali alla lavagna.

PROGRAMMA/CONTENUTO

0. Introduzione al corso 

   0.1 Cosa sono le tecnologie quantistiche?

   0.2 Informazione quantistica e computazione quantistica

   0.3 Piattaforme fisiche per le tecnologie quantistiche

1. Evoluzione temporale

   1.1 Considerazioni generali

   1.2 Evoluzione istantanea

   1.3 Teorema adiabatico

   1.4 Quantum speed limit

2. Sistemi quantistici a due livelli (qubits)

  2.1 Soluzione generale di un sistema a due livelli

  2.2 Oscillazioni di Rabi

  2.3 Sfera di Bloch

3. L’oscillatore armonico quantistico

4. Correlazioni quantistiche

   4.1 Stati a due qubit

   4.2 Entanglement in stati a due qubit

   4.3 Operatore densità: stati puri e stati misti 

   4.4 Misura dell’entanglement

   4.5 Disuguaglianze di Bell

5. Algoritmi quantistici

   5.1 Teoremi di impossibilità

   5.2 Quantum cryptography

   5.3 Accenni alla logica classica

   5.4 Porte logiche quantistiche

   5.5 Teletrasporto quantistico

   5.6 Algoritmo di Deutsch

   5.7 Algoritmo di ricerca di Grover 

   5.8 Protocolli quantistici di correzione degli errori   

6. Realizzazioni fisiche 

   6.1 Criteri di Di Vincenzo per la computazione quantistica

   6.2 Cenni al computer D-Wave e ai quantum annealers

   6.3 Ioni intrappolati

   6.4 Accenni alla superconduttività

   6.5 Giunzione Josephson nella descrizione di Feynman 

   6.6 Descrizione quantistica di un circuito LC

   6.7 Descrizione quantistica di un circuito superconduttivo 

   6.8 Limite di charge qubit e limite di trasmone

   6.9 Accenni alla circuit QED

TESTI/BIBLIOGRAFIA

M. Le Bellac “A short Introduction to Quantum Information and Quantum Computation”. Cambridge University Press (2006).

R. P. Feynman "Lectures on Physics", vol. 3. 

N. K. Langford “Circuit QED-Lecture Notes”

DOCENTI E COMMISSIONI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

In accordo con calendario del Secondo Semestre, Laurea Triennale in Fisica.

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Esame orale svolto alla lavagna

Per gli studenti con disabilità o con DSA si rimanda alla sezione Altre Informazioni.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

L'apprendimento sarà valutato mediante un esame orale che consta nella discussione di due argomenti svolti a lezione:

uno a scelta dello studente (circa 20 minuti di esposizione alla lavagna) e uno a scelta della commissione giudicatrice.

L'accertamento verrà svolto in conformità con la normativa e i regolamenti in tema di disabilità e DSA (vedi Sezione ALTRE INFORMAZIONI).

ALTRE INFORMAZIONI

Si ricorda alle studentesse e agli studenti con disabilità o con disturbi specifici dell'apprendimento (DSA) che per poter richiedere adattamenti in sede d'esame occorre prima inserire la certificazione sul sito web di Ateneo alla pagina servizionline.unige.it nella sezione “Studenti”. La documentazione sarà verificata dal Settore servizi per l’inclusione degli studenti con disabilità e con DSA dell’Ateneo, come indicato sul sito federato al link: FISICA 8758 | Studenti con disabilità e/o DSA | UniGe | Università di Genova | Corsi di Studio UniGe

Strumenti compensativi e misure dispensative Disabilità/Invalidità/Disturbo Specifico dell'Apprendimento

Le misure dispensative e gli strumenti compensativi servono a mettere gli studenti in condizione di raggiungere gli stessi obiettivi di apprendimento dei compagni di studio, non a facilitare l'esame.

L’utilizzo di strumenti compensativi e l’applicazione di misure dispensative devono essere preventivamente autorizzati dal Docente titolare dell'insegnamento in accordo con il Referente. Per usufruire degli adattamenti in sede di esame compila il Modulo per la richiesta di adattamenti; la richiesta verrà inviata automaticamente dal sistema al docente titolare dell’insegnamento, al Referente della tua Scuola/Area/Dipartimento e in copia conoscenza al Settore; inoltre anche tu riceverai copia della richiesta inviata tramite e-mail.

Gli adattamenti di cui gli studenti possono usufruire sono i seguenti:

· Tempo aggiuntivo (+30% DSA)

· Tempo aggiuntivo (+50% disabilità/invalidità)

· Tempo aggiuntivo durante le prove orali per organizzare la risposta

· Calcolatrice (non sono ammesse calcolatrici programmabili e grafiche)

· Mappe concettuali

· Tabelle e/o Formulari

· Sostenere l'esame in forma scritta

· Sostenere l'esame in forma orale

· Tutor lettore (solo per prove scritte)

· Tutor scrittore (solo per prove scritte)

La tua richiesta di adattamenti deve essere inoltrata tassativamente almeno 7 giorni lavorativi prima della data prevista per l’esame. Ulteriori informazioni al link: Servizi per studentesse e studenti con disabilità o con DSA | UniGe | Università di Genova Referente per l'inclusione: Sergio Di Domizio - sergio.didomizio@unige.it