Il corso fornisce una introduzione alla computazione quantistica. Data la natura interdisciplinare della materia in una prima parte viene fornito il background in fisica necessario, illustrando i fenomeni che hanno portato alla crisi della fisica classica e alla nascita della meccanica quantistica. Nella seconda parte si esamina il formalismo matematico utilizzato per la descrizione dei fenomeni alla base delle computazione quantistica. Ed infine, nella terza parte, si affronta l’aspetto informatico illustrando il concetto di qubit e le principali porte quantistiche. Verranno inoltre illustrati semplici circuiti utilizzando sia simulatori che computer quantistici.

01. La natura ondulatoria della luce
01.01 Onde elettromagnetiche
01.02 Energia e quantità di moto di un’onda elettromagnetica
01.03 Sorgenti della radiazione elettromagnetica
01.04 Spettro delle onde elettromagnetiche
01.05 Interferenza di onde luminose
01.06 Esperimento di Young
01.07 Diffrazione
01.08 Polarizzazione della luce

02. Onde e Particelle
02.01 Lo spettro del corpo nero
02.02 La legge di Planck
02.03 I fotoni e l’effetto fotoelettrico
02.04 Effetto Compton
02.05 La luce, onda o particella?
02.06 Righe spettrali dell’atomo di idrogeno
02.07 L’atomo di Bohr
02.08 La relazione di de Broglie
02.09 Onde stazionarie

03. Il mondo dei quanti
03.01 Il principio di complementarità
03.02 Il principio di indeterminazione di Heisenberg
03.03 La funzione d’onda, l’equazione di Schrödinger
03.04 Il principio di sovrapposizione
03.05 Il problema della misura e il gatto di Schrödinger
03.06 Esperimenti which way
03.07 Entanglement e paradosso EPR
03.08 Disuguaglianze di Bell

04. Richiami sugli Spazi Vettoriali
04.01 Spazi di Hilbert
04.02 Basi
04.03 Operatori
04.04 Autovalori e autovettori
04.05 Prodotto tensore
04.06 I postulati della meccanica quantistica

 05. Quantum Computing
05.01 Computer quantistici
05.02 Dal bit al qubit
05.03 Sfera di Bloch
05-04 Sistemi a qubits multipli
05.05 Porte logiche quantistiche     
05.06 Esempi di semplici circuiti quantistici
05.07 No cloning theorem
05.08 Teletrasporto quantistico
05.09 Superdense Coding
05.10 Simulazione di circuiti quantistici con Qiskit

Per quanto non vi siano propedeuticità obbligatorie si suggerisce vivamente di sostenere l'esame di questo insegnamento solo dopo aver superato gli esami di Fisica Generale e  Algebra e Geometria.

Conoscenza e comprensione:
Le studentesse e gli studenti al termine dell'insegnamento dovranno dimostrare comprensione critica sulle tematiche della fisica moderna alla base della computazione quantistica, comprendendo i limiti e i vantaggi di questo nuovo paradigma rispetto alla computazione classica.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Le studentesse e gli studenti acquisiranno familiarietà con le tecniche di programmazione quantistica e dovranno essere in grado di applicarle alla risoluzione di semplici problemi. La capacità di realizzare semplici circuiti quantisitici verrà sviluppata ed affinata nelle esercitazioni su simulatori e hardware remoto per mezzo di piattaforme di sviluppo quali Qiskit di IBM.

Autonomia di giudizio:
Le studentesse e gli studenti saranno in grado di applicare quanto appreso per la comprensione e la risoluzione di nuovi problemi relativi al quantum computing. Le discussioni critiche in aula e le esercitazioni serviranno a stimolare e sviluppare l’autonomia di giudizio dello studente.

Abilità comunicative:
Le studentesse e gli studenti acquisiranno la capacità di esprimere i concetti fondamentali della meccanica quantistica e del quantum computing con terminologia appropriata e rigorosa.

Capacità di apprendimento:
Le studentesse e gli studenti acquisiranno la capacità di studiare ed approfondire autonomamente gli argomenti trattati nel corso attraverso testi e pubblicazioni scientifiche

Il materiale didattico predisposto dalla/dal docente in aggiunta ai testi consigliati (come ad esempio diapositive, dispense, esercizi, bibliografia) e le comunicazioni della/del docente specifiche per l'insegnamento sono reperibili all'interno della piattaforma Moodle › blended.uniurb.it

Modalità didattiche

Lezioni frontali ed esercitazioni

Obblighi

Sebbene fortemente consigliata, la frequenza non è obbligatoria.

Testi di studio

Dispense fornite dal docente per la parte di fisica

Introduction to Quantum computing,  R. LaPierre, Springer Nature Switzerland AG, 2021
Fundamentals of Quantum Computing: Theory and Practice, V. Kasirajan, Springer, 2021
Quest'ultimo libro è accessibile tramite rete di Ateno al seguente link:
https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-030-63689-0

Modalità di
accertamento

Prova orale. La valutazione della prova orale considera le conoscenze acquisite, la comprensione della materia, e la capacità di presentare in modo rigoroso l'argomento trattato.

Disabilità e DSA

Le studentesse e gli studenti che hanno registrato la certificazione di disabilità o la certificazione di DSA presso l'Ufficio Inclusione e diritto allo studio, possono chiedere di utilizzare le mappe concettuali (per parole chiave) durante la prova di esame.

A tal fine, è necessario inviare le mappe, due settimane prima dell’appello di esame, alla o al docente del corso, che ne verificherà la coerenza con le indicazioni delle linee guida di ateneo e potrà chiederne la modifica.

Modalità didattiche

Come per frequentanti.

Obblighi

Come per frequentanti.

Testi di studio

Come per frequentanti.

Modalità di
accertamento

Come per frequentanti.

Disabilità e DSA

Le studentesse e gli studenti che hanno registrato la certificazione di disabilità o la certificazione di DSA presso l'Ufficio Inclusione e diritto allo studio, possono chiedere di utilizzare le mappe concettuali (per parole chiave) durante la prova di esame.

A tal fine, è necessario inviare le mappe, due settimane prima dell’appello di esame, alla o al docente del corso, che ne verificherà la coerenza con le indicazioni delle linee guida di ateneo e potrà chiederne la modifica.