ECTS - University of Pisa
Computazione quantistica: basi della computazione quantistica, della manipolazione dei qubit e dei principali algoritmi (Deutsch, Grover, Shor); programmazione quantistica usando i linguaggio Microsoft e IBM
Simulazione quantistica: concetti di base, realizzazione fisica su diverse piattaforme
Comunicazione quantistica: principali protocolli di quantum key exchange, teleportazione quantistica
Metrologia quantistica: principi di base, implementazione con NV centres e atomi freddi
Quantum computation: basics of quantum computation, manipuation of qubits and main algorithms (Deutsch, Grover, Shor); quantum programming using the Microsoft and IBM languages
Quantum simulation: basic concepts, physical realization on various platforms
Quantum communication: main protocols for quantum key exchange, quantum teleportation
Quantum metrology: principles, implementation with NV centres and cold atoms
Gli studenti verranno coinvolti dai docenti durante le lezione per controllare le conoscenze acquisite.
Students will be incouraged to actively participate during lectures in order to check the knowledge acquired.
Al termine del corso lo studente sarà in grado di seguire la letteratura scientifica nell'ambito delle tecnologie quantistiche e di intraprendere il lavoro di tesi di laurea/dottorato.
At the end of the course students will be able to follow the scientific literature on quantum technologies and to undertake thesis work (master's/PhD).
Le capacità veranno controllate tramite interrogazione durante le lezioni.
Skills will be tested through questions during the lectures.
Gli studenti impareranno a ragionare in maniera "quantistica", cioè analizzare un problema tecnologico usando le proprietà della meccanica quantistica.
Students will learn to reason "quantum mechanically", i.e. to analyze a technological problem using the properties of quantum mechanics.
Il "ragionamento quantistico" verrà controllato tramite interrogazione durante le lezioni.
"Quantum reasoning" will be controlled through questions during the lectures.
E' consigliata una buona conoscenza di base della meccanica quantistica e dei principali aree della fisica classica (in particolare elettromagnetismo).
A sound basic knwoledge of quantum mechnics and of the major areas of classical physics (especially electromagnetism) is recommended.
Computazione quantistica:
- Qubit e porte quantistiche: rotazioni di singolo qubit, Hadamard, CNOT, Toffoli
- Algoritmi quantistici: Deutsch e Deutsch-Josza, Grover, Shor
- Processi di decoerenza (operatori di Kraus)
- Quantum error correction (bit-flip, phase-flip e bit/phase-flip)
- implementazioni fisiche: ioni intrappolati, giunzioni di Josephson, atomi freddi, fotoni, quantum dots
- programmazione quantistica usando i linguaggi di Microsoft e IBM e programmazioni in rete del computer quantistico IBM (se disponibile)
Simulazioni quantistica:
- l'idea di Feynman del 1980
- simulazione quantistica analogica e digitale; espansione di Trotter
- implmentazioni fisiche con atomi freddi e ioni intrappolati
Comunicazione quantistica:
- protocolli BB84 e Ekert90
- entanglement e teletrasporto quantistico
- quantum dense coding
- capacità dei canali quantistici
Metrologia quantistica:
- il limite di Heisenberg
- implementazioni fisiche con NV centres e atomi freddi
- applicazioni
Quantum computation:
- qubits and quantum gates: single qubit rotations, Hadamard, CNOT, Toffoli
- quantum algorithms: Deutsch and Deutsch-Josza, Grover, Shor
- decoherence processes (Kraus operators)
- quantum error correction (bit-flip, phase-flip and bit/phase-flip)
- physical implementations: trapped ions, Josephson junctions, cold atoms, photons, quantum dots
- quantum programming using the Microsoft and IBM languages, and online programming of the IBM quantum computer (if available)
Quantum simulation:
- Feynman's 1980 idea
- analogue and digital quantum simulation; Trotter expansion
- physical implementations with cold atoms and trapped ions
Quantum communication:
- BB84 and Ekert90 protocols
- entanglement and quantum teleportation
- quantum dense coding
- capcity of quantum channels
Quantum Metrology:
- physical implementations with NV centres and cold atoms
- applications
Nielsen and Chuang, "Quantum Computation and Quantum Information", CUP
Kaye, Laflamme and Mosca, "An Introduction to Quantum Computing", OUP
Nielsen and Chuang, "Quantum Computation and Quantum Information", CUP
Kaye, Laflamme and Mosca, "An Introduction to Quantum Computing", OUP
Esame finale: breve seminario su un articoli scientifico da concordare (circa 20 minuti); interrogazione sugli argomenti del corso
Final examination: short seminar on a scientific paper to be chosen together (around 20 minutes); questions on the topics of the course
