Scheda programma d'esame
QUANTUM COMPUTING AND TECHNOLOGIES
OLIVER MORSCH
Anno accademico2021/22
CdSFISICA
Codice376BB
CFU9
PeriodoPrimo semestre
LinguaItaliano

ModuliSettore/iTipoOreDocente/i
QUANTUM COMPUTING AND TECHNOLOGIESFIS/03LEZIONI54
ROBERTO CAPPUCCIO unimap
OLIVER MORSCH unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

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

Knowledge

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

Modalità di verifica delle conoscenze

Esame finale: breve seminario su un articoli scientifico da concordare (circa 20 minuti); interrogazione sugli argomenti del corso

Assessment criteria of knowledge

Final examination: short seminar on a scientific paper to be chosen together (around 20 minutes); questions on the topics of the course

Programma (contenuti dell'insegnamento)

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

Syllabus

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

Modalità d'esame

Esame finale: breve seminario su un articoli scientifico da concordare (circa 20 minuti); interrogazione sugli argomenti del corso

Assessment methods

Final examination: short seminar on a scientific paper to be chosen together (around 20 minutes); questions on the topics of the course

Ultimo aggiornamento 15/09/2021 14:21