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. Sistemi quantistici a due livelli (qubits)

   1.1 Esempi fisici

   1.2 Soluzione generale di un sistema a due livelli

   1.3 Oscillazioni di Rabi

   1.4 Sfera di Bloch

2. L’oscillatore armonico quantistico

   2.1 Stati numero

   2.2 Stati coerenti

3. Evoluzione temporale

   3.1 Considerazioni generali

   3.2 Evoluzione istantanea

   3.3 Teorema adiabatico

   3.4 Quantum speed limit

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

Commissione d'esame

DARIO FERRARO (Presidente)

NICCOLO' TRAVERSO ZIANI

FABIO CAVALIERE (Presidente Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

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

Dal 17 febbraio 2025 secondo l'orario riportato qui 

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.

Calendario appelli

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

Successivamente, con significativo anticipo (almeno 10 giorni) rispetto alla data di esame occorre inviare una e-mail al/alla docente con cui si sosterrà la prova di esame, inserendo in copia conoscenza sia il docente Referente di Scuola per l'inclusione degli studenti con disabilità e con DSA (sergio.didomizio@unige.it) sia il Settore sopra indicato. Nella e-mail occorre specificare:

•            la denominazione dell’insegnamento

•            la data dell'appello

•            il cognome, nome e numero di matricola dello studente

•            gli strumenti compensativi e le misure dispensative ritenuti funzionali e richiesti.

Il/la referente confermerà al/alla docente che il/la richiedente ha diritto a fare richiesta di adattamenti in sede d'esame e che tali adattamenti devono essere concordati con il/la docente. Il/la docente risponderà comunicando se sia possibile utilizzare gli adattamenti richiesti.

Le richieste devono essere inviate almeno 10 giorni prima della data dell’appello al fine di consentire al/alla docente di valutarne il contenuto. In particolare, nel caso in cui si intenda usufruire di mappe concettuali per l’esame (che devono essere molto più sintetiche rispetto alle mappe usate per lo studio) se l’invio non rispetta i tempi previsti non vi sarà il tempo tecnico necessario per apportare eventuali modifiche.

Per ulteriori informazioni in merito alla richiesta di servizi e adattamenti consultare il documento: Linee guida per la richiesta di servizi, di strumenti compensativi e/o di misure dispensative e di ausili specifici