Scheda programma d'esame
INTRODUCTION TO QUANTUM COMPUTING
GIANNA MARIA DEL CORSO
Anno accademico2021/22
CdSINFORMATICA
Codice756AA
CFU6
PeriodoSecondo semestre
LinguaInglese

ModuliSettoreTipoOreDocente/i
INTRODUCTION TO QUANTUM COMPUTINGINF/01LEZIONI48
ANNA BERNASCONI unimap
GIANNA MARIA DEL CORSO unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Durante il corso saranno forniti i principali concetti teorici del quantum computing e verranno mostrati i risultati più importanti di questo campo. L'analisi dei problemi teorici sarà affiancata ad un'attività di laboratorio dove, utilizzando particolari pacchetti software, si  potranno sperimentare i fenomeni tipici della computazione quantistica come il teletrasporto, l'entanglement e la superposizione. 

 

 

Knowledge

The course provides the main theoretical concepts of quantum computing and the most important results and problems of this emerging field.  The theoretical analysis will be enriched with practical lab activities using specific software packages to experience typical phenomena of quantum computation such as teleportation, entanglement and superposition. 

Modalità di verifica delle conoscenze

La verifica delle conoscenze sarà monitorata assegnando periodicamente degli esercizi da svolgersi a casa (sia software che teorici) che verranno poi corretti in classe dagli studenti.

 

Assessment criteria of knowledge

Academic progress will be monitored and verified assigning homeworks to be corrected in class

 

 

Capacità

L'obiettivo del corso è quello di fornire agli studenti un background adeguato per comprendere il nuovo paradigma del quantum computing e per capire e disegnare algoritmi quantistici per determinati campi applicativi. Gli algoritmi saranno poi eseguiti su simulatori e, dove possibile, sulle macchine quantistiche disponibili.

 

Skills

The course aims at providing students with a suitable background to understand the new quantum computing reasoning, and design/analyze quantum algorithms for various application fields. The algorithms will be run on both simulators and real prototypes of quantum machines.

 

 

Modalità di verifica delle capacità
  • Durante le ore di laboratorio saranno assegnati dei piccoli progetti che serviranno a capire come utilizzare il pacchetto software qiskit
  • Durante il corso saranno lasciati agli studenti anche esercizi teorici per capire meglio come funziona la computazione quantistica

 

Assessment criteria of skills
  • During the computer lab sessions, small projects will be carried out in order to understand how to use the software package qiskit.
  • During the course students will also be left with homeworks to better understand how quantistic computation works.
Comportamenti

Il quantum computing richiede un considerevole sforzo iniziale in quanto rappresenta un cambio metodologico importante rispetto alla computazione classica. Gli studenti dovranno affrontare nuove sfide che richiedono dedizione e curiosità.

 

 

Behaviors

Quantum computing requires a considerable initial effort because it represents a change of methodology with respect to classical computation. The students will face new challenges that require both dedication and curiosity.

Modalità di verifica dei comportamenti

Gli esercizi assegnati  per casa saranno corretti in classe sia per verificare il livello di preparazione acquisito dagli student, sia per stimolare il loro interesse.

 

Assessment criteria of behaviors

Homework assigned will be corrected in class to ensure that students are understanding and
to stimulate their interest.
 

 

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Algebra lineare, Concetti di base dell'analisi numerical, teoria degli algoritmi.

Prerequisites

Linear algebra, basic concepts of Numerical Analysis, Theory of Algorithms

Programma (contenuti dell'insegnamento)
  • Concetti Fondamentali del quantum computing
    • Strumenti matematici di base(Numeri complessi, Spazi di Hilbert, proprietà del prodotto tensore, matrici unitarie, notazione di Dirac)
    • Qubits, quantum gates, e circuiti
    • Superposizione e Entanglement
  • Algoritmi fondamentali
    • Teletrasporto quantistico
    • Algoritmo di ricerca di Grover
    • Trasformata di Fourier quantistica
    • Algoritmo di Shor per la fattorizzazione di interi
    • Preparazione quantisica dei dati e QRAM
    • Esempi di algoritmi di  Quantum Machine Learning
  • Linguaggi while per computazioni quantistiche
    • controllo classico: sintassi e semantica
    • controllo quantistico: sintassi e semantica
Syllabus
  • Fundamental Concepts
    • Basic mathematical tools (Complex numbers, Hilbert spaces, tensor products properties, unitary matrices, Dirac’s bracket notation)
    • Qubits, quantum gates, and circuits   
    • Superposition and Entanglement
  • Fundamental Algorithms
    • Teleportation
    • Grover’s quantum search algorithm
    • Quantum Fourier Transform
    • Shor’s integer factorization algorithm
    • Quantum Data Preparation and QRAM
    • Examples of Quantum Machine Learning algorithms
  • while-languages for quantum computation 
    • classical control: syntax and semantics
    • quantum control: syntax and semantics
Bibliografia e materiale didattico

An Introduction to Quantum Computing
Phillip Kaye, Raymond Laflamme, Michele Mosca

Foundations of Quantum Programming
Mingsheng Ying
Morgan Kaufmann (2016)

Michael A. Nielsen & Isaac L. Chuang.
Quantum Computation and Quantum Information
Cambridge University Press, 2010


Supplementary materials will be provided during the class.  

Bibliography

An Introduction to Quantum Computing
Phillip Kaye, Raymond Laflamme, Michele Mosca

Foundations of Quantum Programming
Mingsheng Ying
Morgan Kaufmann (2016)

Michael A. Nielsen & Isaac L. Chuang.
Quantum Computation and Quantum Information
Cambridge University Press, 2010


Supplementary materials will be provided during the class.

Modalità d'esame

Le modalità di esame sono da scegliere tra una delle seguenti

  • seminario e relazione scritta
  • progetto con sua discussione
Assessment methods

Students who attend classes regularly can choose to take the exam through one of the

following methods:

  • seminar and written report
  • project followed by a discussion

 

Ultimo aggiornamento 14/02/2022 17:57