- Oggetto:
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Introduzione all'informazione quantistica
- Oggetto:
Introduction to Quantum Information
- Oggetto:
Anno accademico 2016/2017
- 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
- Prerequisiti
-
- Propedeutico a
-
- 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:
Risultati dell'apprendimento attesi
- Oggetto:
Modalità di insegnamento
- Oggetto:
Modalità di verifica dell'apprendimento
- Oggetto:
Attività di supporto
- 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);
The Theory of Open Quantum Systems, H.P. Breuer and F. Petruccione, Oxford University Press, UK, 2006.
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Orario lezioni
Giorni Ore Aula Lunedì 13:30 - 17:30 Giovedì 13:30 - 17:30 Lezioni: dal 20/04/2017 al 21/06/2017
Nota: Dettaglio aule:
giov 28.4 D
giov 4.5 Fubini
lun 8.5 Verde
giov 11.5 Fubini
lun 15.5 Verde
giov. 18.5 Fubini
lun 22.5 Verde
giov 25.5 Castagnoli
lun 29.5 Verde
giov 1.6 Fubini
lun 5.6 Verde
giov 8.6 Fubini
lun 12.6 Verde
giov 15.6 Fubini
lun 19.6 Verde
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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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