TRASPORTO QUANTISTICO

FIS/03 - 6 CFU - 1° semestre

Docente titolare dell'insegnamento

GIUSEPPE FALCI
Email: gfalci@dmfci.unict.it
Edificio / Indirizzo: Dipartimento di Fisica e Astronomia, Città Universitaria, Ufficio 212
Telefono: 0953785337
Orario ricevimento: Lunedi 18:00-20:00 (ex DMFCI), Mercoledi 10:30-11:30 (DFA)


Obiettivi formativi

Il corso introduce il background di concetti e tecniche necessario allo studio teorico della dinamica quantistica di elettroni e fotoni in sistemi fisici coerenti. Detti sistemi vengono oggi impiegati nel settore dell'informazione/comunicazione quantistica e del controllo coerente, in termodinamica quantistica ed in vari altri ambiti di ricerca, sotto un ombrello interdisciplinare che comprende argomenti che vanno dalle cosiddette "Tecnologie Quantistiche" ai fondamenti concettuali della teoria.


Prerequisiti richiesti

Corsi di Meccanica Quantistica e Meccanica Quantistica Avanzata, Struttura della materia, Meccanica Statistica, Algebra lineare e Spazi funzionali.



Frequenza lezioni

Non obbligatoria, ma suggerita.



Contenuti del corso

  1. Rappresentazione dei sistemi coerenti (12+2 h)
    Bit quantistici, sistemi composti; sistemi fisici (fotoni, spin nucleari, atomi confinati, atomi artificiali a semiconduttore e superconduttorI, cavità); algebra negli spazi di Hilbert e applicazioni a reti quantistiche; esempi; computazione classica e quantistica (seminario)
  2. Sistemi bipartiti e multipartiti (6+2 h)
    Matrice densità; misura e modello di von Neumann; applicazioni (superdense coding, teorema no-cloning, crittografia, teletrasporto quantistico); Entanglement; paradosso di EPR e disuguaglianza di Bell (seminariale).
  3. Dinamica quantistica (12+2 h)
    Operatore di evoluzione temporale; dinamica impulsiva; equazioni di Heisenberg e di von Neumann e loro estensione fenomenologica a decadimento e dephasing; sistemi quantistici in campi classici oscillanti; trasformazioni unitarie dipendenti dal tempo e applicazioni (sistemi rotanti, riferimento solidale, fasi geometriche)
  4. Nanosistemi coerenti (4 h) (da due a tre argomenti tra i sottoelencati)
    NMR di molecole in liquidi; fotoni e atomi in cavità; atomi artificiali e circuit-QED; Ioni in trappola e atomi freddi. sistemi nanomeccanici e nanoelettromeccanici; eccitazioni topologiche nella materia.
  5. Un argomento scelto (2 h) (a carattere seminariale, un argomento tra i sottoelencati)
    Nuove tecnologie quantistiche di misura e sensoristica; sistemi quantistici aperti; cenni di teoria dell'informazione quantistica; introduzione alla termodinamica quantistica; introduzione alla teoria del controllo quantistico.


Testi di riferimento

[1] M. Nielsen and I. Chuang. Quantum Computation and Quantum Information. Cambridge University Press, Cambridge, 2010.
[2] S. Haroche and J.M. Raimond, Exploring the Quantum : Atoms, Cavities and Photons, Oxford, 2006.
[3] G. Falci, Informazione quantistica: appunti del corso.
[4] G. Chen, D. A. Church, B.-G. Englert, C. Henkel, B. Rohwedder, M. O. Scully, and M. S. Zubairy. Quantum Computing Devices: Principles, Designs and Analysis. Chapman and Hall/CRC, 2007.
[5] C. P. Williams and S. H. Clearwater, Explorations in Quantum Computing, Springer Verlag, New York, 1998.


Altro materiale didattico

Materiale divulgativo di introduzione al corso viene fornito, a richiesta, per e-mail prima del corso.
Materiale didattico (appunti, presentazioni, notebook dimostrativi, etc.) viene fornito tramite un link ad una cartella Dropbox da richiedere direttamente al docente.



Programmazione del corso

 *ArgomentiRiferimenti testi
1*Rappresentazione dei sistemi quantistici[1,2,3] 
2 Sistemi bipartiti [1,2,3] 
3*Dinamica quantistica[2,3] 
4*Sistemi fisici[3,4] 
5 Argomenti scelti[1,2,5] 
* Conoscenze minime irrinunciabili per il superamento dell'esame.

N.B. La conoscenza degli argomenti contrassegnati con l'asterisco è condizione necessaria ma non sufficiente per il superamento dell'esame. Rispondere in maniera sufficiente o anche più che sufficiente alle domande su tali argomenti non assicura, pertanto, il superamento dell'esame.


Verifica dell'apprendimento


MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO



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