QUANTUM COMPUTING AND COMMUNICATION

Anno accademico 2023-2024

Docenti

Federico Fogolari
Carla Piazza

Totale crediti

Periodo didattico

Secondo Periodo

Tipologia

Caratterizzante

Prerequisiti. È utile che lo studente padroneggi i contenuti dei corsi della lauree triennali di area informatica con particolare riferimento ai corsi di Analisi Matematica, Fisica, Fondamenti dell’Informatica, Algoritmi e Strutture Dati.

Metodi didattici. Il corso consta principalmente di lezioni frontali. La pagina e-learning del corso contiene tutte le informazioni utili per gli studenti.

Modalità di verifica. L’esame è scritto e orale. E’ possibile presentare all’orale un approfondimento su un argomento concordato con il docente. In ogni caso la discussione dell’approfondimento sarà seguita da domande sugli argomenti trattati durante il corso.

Obiettivi formativi

Conoscere i principi base delle tecnologie basate sulla fisica quantistica, le principali possibilità e comprensione delle differenze rispetto ai modelli di calcolo non-quantistici.

Schematizzazione di circuiti quantistici e loro utilizzo in algoritmi semplici, ma rappresentativi delle potenzialità.

Capacità di utilizzo delle principali porte quantistiche.

Saper giudicare autonomamente le potenzialità e i limiti della computazione quantistica allo stato attuale delle tecnologie.

Capacità di esporre e comunicare le particolarità del calcolo e della comunicazione quantistica in ambito non fisico in presentazioni o brevi tesine.

Apprendere concetti di ambito fisico e metterli in relazione al linguaggio e agli strumenti informatici.

Si vedano anche le pagine:

https://www.uniud.it/it/didattica/info-didattiche/regolamento-didattico-del-corso/LM-informatica/all-B2

https://www.uniud.it/it/didattica/info-didattiche/regolamento-didattico-del-corso/lm-artificial-intelligence-cybersecurity/all-B2

Contenuti

Programma:

1) Introduzione e panoramica

Bit quantistici

Algoritmi quantistici

Elaborazione sperimentale dell’informazione quantistica

Informazione quantistica

2) Introduzione alla meccanica quantistica

Algebra lineare

I postulati della meccanica quantistica Applicazione: codifica superdensa

L’operatore densità

Decomposizione e purificazioni di Schmidt

EPR e disuguaglianze di Bell

3) Circuiti quantistici

Algoritmi quantistici

Operazioni a singolo qubit

Operazioni controllate

Misurazione

Porte quantistiche universali

Riepilogo del modello di calcolo con circuiti quantistici

4) La trasformata quantistica di Fourier e le sue applicazioni

La trasformata quantistica di Fourier

Stima della fase

Applicazioni: ricerca di ordine e fattorizzazione Applicazioni generali della trasformata quantistica di Fourier

5) Algoritmi di ricerca quantistica

L’algoritmo di ricerca quantistica

Ricerca quantistica come simulazione quantistica

Conteggio quantistico

Accelerare la soluzione dei problemi NP- completi

Ricerca quantistica di un database non strutturato

Ottimalità dell’algoritmo di ricerca

Limiti degli algoritmi black box

6) Computer quantistici: realizzazione fisica

Testi di riferimento

M. A. Nielsen and I. L. Chuang. Quantum Computation and Quantum Information.

Cambridge University Press. DOI 10.1017/CBO9780511976667

J. A. Bergou and M. Hillery. Introduction to the Theory of Quantum Information Processing. Springer. DOI 10.1007/978-1-4614-7092-2

Altro materiale fornito a lezione.

Anno accademico 2023-2024