|
Paolo BORDONE
Professore Associato Dipartimento di Scienze Fisiche, Informatiche e Matematiche sede ex-Fisica
|
Insegnamento: Quantum Information Processing
Physics - Fisica (D.M.270/04) (Offerta formativa 2020)
Obiettivi formativi
Conoscenza e capacità di comprensione:
Alla fine del corso lo studente acquisirà le conoscenze di base della teoria dell'informazione quantistica e di alcuni algoritmi fondamentali della teoria della computazione quantistica.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Alla fine del corso lo studente avrà gli strumenti concettuali necessari per affrontare in modo indipendente gli aspetti fondamentali della teoria dell'informazione quantistica, e per studiare in modo autonomo la letteratura originale sull'argomento.
Autonomia di giudizio:
Al termine del corso lo studente sarà in gradi di valutare in modo autonomo come affrontare un problema nell'ambito della teoria dell'informazione quantistica.
Abilità comunicative:
Al termine del corso lo studente sarà in grado di relazionare sugli argomenti presentati nel corso con un linguaggio tecnico appropriato ed un formalismo matematico corretto.
Capacità di apprendimento:
Lo studio, interamente eseguito in lingua inglese, permetterà lo sviluppo di abilità di apprendimento autonomo su argomenti collegati a quelli sviluppati nel corso, e preparerà lo studente all'attività di ricerca nel campo.
Prerequisiti
Conoscenza della meccanica quantistica a livello di laurea triennale.
Programma del corso
Definizione di quantum bit (qubit), porte logiche quantistiche e circuiti quantistici. La matrice densità e le sue rappresentazioni. L'entanglement: le disuguaglianze di Bell e la quantificazione dell'entanglement. Entanglement come risorsa per la comunicazione quantistica. Teletrasporto e dense coding. Dinamica quantistica generalizzata come estensione della evoluzione unitaria standard degli stati quantistici. Mappe quantistiche e loro rappresentazione di Kraus. Il no-cloning theorem. Positive operator valued measures (POVMs) come generalizzazione delle misure proiettive standard, teorema di Naimark. Crittografia quantistica. Algoritmi quantistici: l'algoritmo di Duetsch e l'algoritmo di ricerca di Grover.
Metodi didattici
Lezioni frontali.
Le lezioni verranno di norma svolte a distanza in modo asincrono (registrate) a causa della situazione sanitaria COVID19.
Modalità per studenti lavoratori: gli studenti lavoratori che non possono frequentare regolarmente le lezioni devono mettersi in contatto con il docente per le indicazioni sul programma di studio, sui testi consigliati e per concordare la modalità di accesso alla prova orale finale.
Orario di ricevimento: mercoledì e giovedì dalle 15:00 alle 16:00, o su appuntamento via e-mail.
Testi di riferimento
J.A. Bergou and M. Hillery: "Introduction to the theory of quantum information processing", Springer.
V. Vedral: "Introduction to quantum information science", OXFORD University Press.
N.D. Mermin: "Quantum computer science", CAMBRIDGE University Press.
J. Preskill. "Lecture Notes for Physics 229: Quantum information and computation", http://www.theory.caltech.edu/people/preskill/ph229/
G. Benenti, G. Casati, D. Rossini, G. Strini: "Principles of quantum computation and information", World Scientific.
Verifica dell'apprendimento
La valutazione del profitto avviene tramite prova orale finale con domande su tutte le parti principali del programma: dalla definizione di porte logiche quantistiche, alla matrice densità. Dalle disuguaglianze di Bell, alla quantificazione dell'entanglement. Dalla generalizzazione della dinamica quantistica, alle mappe quantistiche. Dal problema della misura alla crittografia quantistica, concludendo con esempi di alcuni fondamentali algoritmi per la computazione quantistica.
Le prove d'esame potrebbero essere svolte in presenza o a distanza a secondo dell'evoluzione della situazione COVID19.
Risultati attesi
Conoscenza e capacità di comprensione:
Alla fine del corso lo studente acquisirà le conoscenze di base della teoria dell'informazione quantistica e di alcuni algoritmi fondamentali della teoria della computazione quantistica.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Alla fine del corso lo studente avrà gli strumenti concettuali necessari per affrontare in modo indipendente gli aspetti fondamentali della teoria dell'informazione quantistica, e per studiare in modo autonomo la letteratura originale sull'argomento.
Autonomia di giudizio:
Al termine del corso lo studente sarà in gradi di valutare in modo autonomo come affrontare un problema nell'ambito della teoria dell'informazione quantistica.
Abilità comunicative:
Al termine del corso lo studente sarà in grado di relazionare sugli argomenti presentati nel corso con un linguaggio tecnico appropriato ed un formalismo matematico corretto.
Capacità di apprendimento:
Lo studio, interamente eseguito in lingua inglese, permetterà lo sviluppo di abilità di apprendimento autonomo su argomenti collegati a quelli sviluppati nel corso.