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Introduzione alla computazione quantistica

Oggetto:

Introduction to Quantum Computing

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Anno accademico 2021/2022

Codice attività didattica
INT0384
Docente
Prof. Leonardo Castellani (Titolare del corso)
Corso di studio
Laurea Magistrale Interateneo in Fisica dei sistemi complessi
Anno
1° anno
Periodo
Primo Semestre
Tipologia
C=Affine o integrativo
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
FIS/02 - fisica teorica, modelli e metodi matematici
Erogazione
Mista
Lingua
Italiano
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Orale
Prerequisiti
Propedeutico a
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Sommario del corso

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Obiettivi formativi

Acquisizione delle conoscenze teoriche e introduzione alle tecniche sperimentali più importanti per la computazione quantistica.
Achievement of the theoretical knowledge and introduction to the most important experimental techniques to Quantum Computing.

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Risultati dell'apprendimento attesi

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Programma

1. Introduzione. Quantum bits, sfera di Bloch, qubits multipli, porte a singolo qubit e porte a qubits multipli.
  Circuiti quantistici. Stati di Bell. Algoritmi quantistici. Cenni alla teoria dell' informazione quantistica.
 2. I fondamenti della Meccanica Quantistica. Esperimenti e postulati della teoria. Formalismo: algebra lineare.
   Operatore densità. Sistemi composti e traccia parziale. EPR e stati intrecciati. Disuguaglianza di Bell.
 3. Crittografia a chiave pubblica, il protocollo RSA. Il piccolo teorema di Fermat. Crittografia quantistica. Teletrasporto.
 4. Circuiti quantistici. Insieme di porte universali per la computazione quantistica.
 5. Algoritmi quantistici, Algoritmo di Deutsch-Josza. Trasformata di Fourier Quantistica. Algoritmo di Shor
   per la fattorizzazione di numeri interi. Algoritmo di Grover per la ricerca ed il conteggio di stati quantistici.

1. Introduction: quantum bits, Bloch sphere, multiple qbits, single and multiple qbit gates.
     Quantum circuits. Bell states. Quantum algorithms. Some notes on quantum information.
 2. The formalism of quantum mechanics: linear algebra. The postulates of quantum mechanics and their
     experimental justification. Density operator. Composite systems and partial trace. EPR and entaglement.
     Bell inequalities.
 3. Public key cryptography, RSA protocol. Little Fermat theorem. Quantum cryptography. Teletransportation of
    quantum states.
 4. Quantum circuits. Universal set of gates for quantum computation.
 5. Quantum algorithms. Deutsch-Jozsa algorithm. Quantum Fourier transform. Shor algorithm for integer
    numbers' factorization. Grover quantum state search and counting algorithms.

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Modalità di insegnamento

Per l'a.a. corrente le lezioni saranno anche trasmesse in streaming tramite Zoom, esclusivamente per studenti seriamente impossibilitati a partecipare alle lezioni in presenza.

La prima lezione sarà il Lunedi' 27 settembre alle ore 9.00 in Aula C e al seguente link:

https://us02web.zoom.us/j/7565545223?pwd=dUtNc2MyakNtOFc3Vzk4Ny9LdnpOQT09

ID riunione: 756 554 5223
Passcode: quantumcom

 

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Esercizi durante il corso, esame orale

Exercises during classes, final oral exam

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Attività di supporto

Uso di calcolatori quantistici in linea

Use of quantum computers online

Testi consigliati e bibliografia

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M.A. Nielsen, I.L. Chuang, "Quantum Computation and Quantum Information", Cambridge Univ. Press (2000)

D. Bouwmeester, A. Ekert, A. Zeilinger, "The Physics of Quantum Information", Springer (2000)

Note del corso di John Preskill (Caltech), http://theory.caltech.edu/~preskill/ph229/

Note del corso del docente



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Note

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Orario lezioniV

GiorniOreAula
Lunedì9:00 - 11:00Aula C Dipartimento di Fisica
Giovedì11:00 - 13:00Aula C Dipartimento di Fisica

Lezioni: dal 27/09/2021 al 14/01/2022

Registrazione
  • Aperta
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    Ultimo aggiornamento: 26/09/2021 12:28
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