TECHNOLOGIES of QUANTUM INFORMATION

Il corso fornisce le nozioni di fisica di base, dagli elementi di fisica quantistica a cenni della teoria dei solidi e del trasporto quantistico, per la comprensione delle moderne  Tencologie Quantistiche, descrivendone poi principi e fenomeni che ne sono alla base, e le applicazioni. L'obiettivo è quello di fornore allo studente abilità e competenze  che complementino quelle di un curriculum in microelettronica, come (a) familiarità con le opportunità offerte dalla nanoelettronica e dalle tecnologie quantistiche; (b) capacità di utilizzare la meccanica quantistica in differenti contesti della ICT e delle nanotecnologie e valutare le diverse tecnologie dei nanosistemi; (c) acquisire una base per elaborare idee e proposte personali.

Il corso è motivato dalle esigneze multidisciplinari dei diversi settori industriali nel campo delle nanotecnologie, e della crescita del nuovo settore delle tecnologie quantistiche, che possono offrire nuove opportunità di lavoro e specializzazione ai nostri laureati.

Lezioni frontali, esercizi e dimostrazioni con software dedicato. Saranno organizzati dei Seminari tenuti da ricercatori da Enti di Ricerca operanti nel settore della nanoelettronica.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Lo studente deve possedere gli elementi del linguaggio, ossia una buona conoscenza della fisica classica, e una conoscenza elementare della fisica dei dispositivi elettronici.

I prerequisiti comprendono:
– Meccanica classica e termodinamica (Fisica 1).
– Elettromagnetismo classico (Fisica 2).
– Elementi di algebra e analisi matematica: spazi vettoriali, trasformate integrali
– Concetti elementari di fisica dei dispositivi elettronici.

Non obbligatoria, ma caldamente suggerita.
 

PARTE I: Meccanica Quantistica

1. Fenomenologia del dualismo onda-particella [1,2]
2. Meccanica ondulatoria [2,3]
3. Alcuni problemi stazionari [2,3]
4. Meccanica Quantistica e applicazioni illustrative [2,3]
5. Metodi di approssimazione [2,3]
6. Cenni di meccanica statistica [2]
7. Circuiti quantistici [4]

PARTE II: Tecnologie quantistiche

1. Computazione quantistica [5]
2. Comunicazione quantistica [5]

[1] P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Elementi di Fisica: Elettromagnetismo e Onde, Edises 2008.
[2] G. Falci. Appunti del corso di fisica dei nanosistemi. 2018.
[3] C. Cohen-Tannoudji, B. Diu, and F. Lalöe. Quantum Mechanics - vol 1, volume 1. Wiley-Interscience Publication, 1977.
[4] S. Girvin, Circuit QED: Superconducting Qubits Coupled to Microwave Photons, Oxford University Press.
[5] D. McMahon, Quantum Computing Explained, Wiley Interscience, 2007.

• L'esame consiste di una prova scritta e di una eventuale prova orale. Il voto finale sarà dato da una valutazione complessiva delle due prove.
• Sono previste durante il corso due prove in itinere.
• E' possibile, a richiesta dello studente e previo assenso del docente, sostituire l'orale con un lavoro a carattere numerico. L'esame comprenderà una breve esposizione del tema, che determina il superamento della prova, e la presentazione dell'elaborato, che determina il voto.
• La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

E' a disposizione nel materiale didattico del corso una raccolta di esercizi di esame.

Durante la prova orale saranno formulate domande sulla prova scritta, e domande che, prendendo spunto dall'esposizione dell'argomento, possono spaziare su tutto il programma svolto.

L'elaborato sostitutivo dell'orale consiste in un calcolo, da effettuare generalmente con l'ausilio di software dedicato, su un argomento relativo al corso. Alcuni esempi sono i seguenti:

• Autovalori ed autovettori per potenziali scalari unidimensionali.
• Moto di pacchetti d'onda unidimensionali in potenziali assegnati.
• Evoluzione dinamica di sistemi quantistici interagenti.
• Determinazione di correnti di tunneling mediante il metodo della transfer matrix.
• Porte logiche quantistiche.