- Oggetto:
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Introduzione all'informazione quantistica
- Oggetto:
Anno accademico 2015/2016
- Codice dell'attività didattica
- INT0922
- Docente
- Prof. Alberto Carlini (Titolare del corso)
- Corso di studi
- Laurea Magistrale Interateneo in Fisica dei sistemi complessi
- Anno
- 1° anno
- Periodo didattico
- Terzo periodo didattico
- Tipologia
- D=A scelta dello studente
- Crediti/Valenza
- 6
- SSD dell'attività didattica
- FIS/02 - fisica teorica, modelli e metodi matematici
- Modalità di erogazione
- Tradizionale
- Lingua di insegnamento
- Inglese
- Modalità di frequenza
- Obbligatoria
- Tipologia d'esame
- Orale
- Oggetto:
Sommario insegnamento
- Oggetto:
Obiettivi formativi
Apprendimento delle conoscenze di base per la comprensione di alcuni tra i concetti fondamentali (e relative applicazioni) della teoria dell'informazione quantistica.
- Oggetto:
Programma
Il corso si prefigge di fare acquisire agli studenti la conoscenza delle seguenti tematiche:
1) Effetti di rumore sulle operazioni quantistiche:
- operazioni quantistiche e sistemi aperti, rappresentazione di Kraus
- canali di depolarizzazione, smorzamento di ampiezza e fase
- "master equations" per sistemi aperti
- tomografia quantistica;
2) Misure di distanze per stati ed operatori quantistici:
- distanza di traccia, fedelta' e metriche di Morozowa-Chentsov-Petz
- distinguibilita' e "no cloning" degli stati quantistici;
3) Teoria della correzione degli errori quantistici:
- discretizzazione degli errori ed errori indipendenti
- codici di Shor, di Calderbank-Shor-Steane e codici stabilizzatori, teorema di Gottesman-Knill
- circuiti quantistici per la codifica, decodifica e correzione degli errori
- computazione quantistica "fault tolerant";
4) Misure dell'informazione classica e quantistica:
- entropia di Shannon, entropia relativa e condizionale e proprieta' fondamentali
- entropia di von Neumann, entropia relativa quantistica e proprieta' fondamentali
- informazione accessibile ed il limite di Holevo
- compressione dell'informazione classica (teorema di Shannon) e quantistica (teorema di Schumacher)
- canali di comunicazione classici e quantistici con rumore classico o quantistico
- stati quantistici separabili ed intrecciati, misure, distillazione e diluizione dell'intreccioThe course unit aims at students attaining knowledge in the following areas:
1) Noise effects on quantum operations:
- quantum operations and open systems, Kraus representation
- depolarizing channels, amplitude and phase damping channels
- "master equations" for open systems
- quantum tomography;
2) Distance measures for quantum states and quantum operations:
- trace distance, fidelity and Morozowa-Chentsov-Petz metrics
- distinguishability and "no cloning" theorem of quantum states;
3) Quantum error correction theory:
- error discretization and independent errors
- Shor code, Calderbank-Shor-Steane code and stabilizer codes, Gottesman-Knill's theorem
- quantum circuits for encoding, decoding and error correction
- "fault tolerant" quantum computing;
4) Classical and quantum information measures:
- Shannon entropy, relative and conditional entropies and fundamental properties
- von Neumann entropy, quantum relative entropy and fundamental properties
- accessible information and the Holevo bound
- classic (Shannon's theorem) and quantum (Schumacher's theorem) data compression
- classic and quantum communication channels with classic or quantum noise
- separable and entangled quantum states, entanglement measures, distillation and dilutionTesti consigliati e bibliografia
- Oggetto:
Quantum Computation and Quantum Information, M. Nielsen and I. Chuang, Cambridge University Press, Cambridge, UK, 2000;
An Introduction to Quantum Computing, R. Laflamme and M. Mosca, Oxford University Press, Oxford, UK, 2007;
Lecture Notes for Physics 229: Quantum Information and Computation, J. Preskill, Caltech, USA, 1998 (web-link: http://www.theory.caltech.edu/people/preskill/ph229/#lecture )
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Orario lezioni
Giorni Ore Aula Martedì 10:30 - 13:30 Sala Fubini Dipartimento di Fisica Giovedì 14:30 - 17:30 Sala Fubini Dipartimento di Fisica Lezioni: dal 26/04/2016 al 23/06/2016 - Oggetto:
Note
Frequenza: obbligatoria.
Valutazione: esame orale
Sessioni esame : previo accordo con gli studenti
Periodo didattico: terzo periodo didattico
Sede lezioni: Dipartimento di Fisica, Torino
Orario lezioni: previo accordo con gli studenti
Attivita' curriculari: esperimenti (2-3) in laboratorio di ottica quantistica presso il Dipartimento di Scienze e Tecnologie Avanzate dell'Universita' del Piemonte Orientale, Alessandria. In collaborazione con il corso di "Introduzione alla computazione quantistica" del Prof. L. Castellani.
(ex.: fotoni come canali di trasmissione e manipolazione dell'informazione quantistica: fotoni intrecciati, erasure channel, porte quantistiche fondamentali, semplici codici crittografici, teletrasporto)
Possibili tesi offerte: teoria del controllo di sistemi quantistici, time-optimal quantum computing, applicazione a sistemi biologici complessi, weak value formulation of quantum mechanics.
Possibilita' di inserimento in gruppi di ricerca di quantum information and computation in several European countries.
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