TRASPORTO QUANTISTICO

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.

• Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding) – Conoscenza delle principali idee e tecniche teoriche/numeriche utilizzate per rappresentare sitemi quantistici complessi e studiarne la dinamica coerente. Conoscenza dei principi di funzionamento dei sistemi fisici attualmente utilizzati nella ricerca.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding) – Capacità di applicare tecniche teoriche di base e approssimazioni per l'analisi e la simulazione di processi dinamici in sistemi quantistici. Capacità di familiarizzare con le nuove opportunità offerte dalle tecnologie quantistiche in vari ambiti disciplinari.
• Abilità comunicative (communication skills) – Competenze nella comunicazione nell’ambito delle tecnologie quantistiche, nei suoi vari risvolti interdisciplinari.
• Capacità di apprendimento (learning skills) – Acquisizione di strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze, nel settore della informazione quantistica, tramite l'accesso a laboratori e alla letteratura specializzata. Capacità di valutare le potenzialità offerte dalle tecnologie quantistiche ai fini dell'attività post-laurea e lavorativa.

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

Non obbligatoria, ma suggerita.

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.

[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.

• L'esame consiste nella predisposizione di un elaborato o in un esame orale standard.
• L'elaborato verte su un argomento concordato col docente durante il corso, comprende un calcolo analitico o numerico che lo studente dovrà sviluppare in maniera indipendente ma assistita, ed una esposizione.
• La prova orale standard comprende: (a) esposizione di un argomento a scelta del candidato; (b) esposizione di un argomento scelto dal candidato tra tre proposti dal docente, di diversa difficolt`a. Il superamento della prova orale dipende dalla prova (a) mentre la valutazione dipende dalla (b).