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Fondamenti di informatica quantistica

Academic year: 2024/25

Semester: 1

CFU: 6

Hours: 45

 Teachers

 Syllabus

Fenomenologia quantistica (2 CFU)

  • Radiazione di corpo nero. Legge di Wien. Legge di Stefan-Boltzmann. Ipotesi di Planck. Effetto fotoelettrico. Teoria di Einstein. Il concetto di fotone. Determinazione sperimentale della costante di Planck (ℏ) tramite l’esperimento di Millikan (sull’effetto fotoelettrico): dimostrazione interattiva in classe.
  • Effetto Compton. Fotoni. Lunghezza d’onda Compton dell’elettrone. Relazione di dispersione relativistica.
  • Interferenza. Esperimento di Young (esperimento della doppia fenditura). Esperimento di Bragg. Dualità onda-particella. Relazione di De Broglie.
  • Moto browniano. Modello del plum pudding (modello al gel). Modello di Rutherford. Spettroscopia atomica. Serie spettrali (Balmer, Paschen, Lyman, Rydberg). Modello atomico di Bohr. Raggio di Bohr: quantizzazione del momento angolare. Spettro energetico dell’atomo di idrogeno. Formula di Rydberg.
  • Onde di materia: onde stazionarie. Ampiezza di probabilità. Funzione d’onda.
  • Interazioni magnetiche. Effetto Zeeman. Momento magnetico orbitale. Esperimento di Stern-Gerlach. Spin. Statistica quantistica. Teorema di spin-statistica (introduzione). Fermioni e bosoni.

Meccanica quantistica per la computazione (3+1 CFU)

  • Operatori e osservabili (RvN2). Operatori unitari.
  • Porte a singolo qubit.
  • Equazione di Schrödinger (RvN3): Oscillazioni di Majorana e Rabi.
  • Misurazione (RvN4-5). Matrice densità.
  • Sistemi compositi, stati entangled e porte a due qubit.
  • Spazi vettoriali e operatori lineari. Spazi di Hilbert.
  • Differenze concettuali tra meccanica classica e quantistica. Postulati della meccanica quantistica.
  • Osservabili compatibili e incompatibili. Principio di indeterminazione. Esperimento di Stern-Gerlach. Trasformazioni di simmetria e operatori unitari.
  • Introduzione al calcolo quantistico tramite il formalismo della meccanica quantistica. Bit C e bit Q. Porte quantistiche.

 Bibliography

  1. J. J. Brehm, W. J. Mullin, Introduction to the structure of matter: a course in modern physics (J. Wiley & Sons, 1989)
  2. K. S. Krane, Modern physics (J. Wiley & Sons, 2019)

 

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