Finalità del corso:
Il corso mira a fornire agli studenti le basi concettuali e gli strumenti operativi relativi agli aspetti fondamentali della manipolazione della informazione e della computazione quantistiche, rispetto sia alla struttura teorica sia alle prospettive di implementazione fisica.

Aims of course:
The course aims at providing students with a conceptual and working knowledge of the basic features of quantum information manipulation and quantum computation, on the theoretical side as well as from the perspective of physical implementation.

Programma del corso:
Al crocevia fra scienza e tecnologia: i) Miniaturizzazione, legge di Moore, effetti quantistici; ii) La matematica del calcolo: Hilbert, Gödel, Turing; iii) Complessità algoritmica, complessità quantistica
Fisica, informazione, informazione quantistica: i) Le radici termodinamiche: da Maxwell, Boltzmann, Shannon, a von Neumann, Brillouin, Bennett; ii) Una disciplina emergente; iii) I concetti fondamentali della fisica dei quanti, la codifica quantistica dell'informazione
Computazione quantistica: i) La macchina di Turing classica; ii) La macchina di Turing quantistica; iii) Porte e circuiti; iv) L'automa quantistico
Algoritmi quantistici: inseparabilità e parallelismo quantistico: i) L'algoritmo di Deutsch; ii) L'algoritmo di Shor; iii) L'algoritmo di Grover
Schemi diversi di computazione quantistica: i) Il simulatore quantistico a rete di spin; ii) La teoria topologica dei campi: invarianti e polinomi di Jones; iii) La computazione quantistica adiabatica; iv) La computazione quantistica olonomica
Crittografia quantistica: i) Crittografia a chiave pubblica; ii) Distribuzione quantistica delle chiavi
Codifica densa dell'informazione; Teletrasporto
La fattibilità sperimentale della computazione quantistica: i) Risonanza magnetica nucleare; ii) Ioni intrappolati in cavità; iii) Elettrodinamica quantistica; iv) SQUID e giunzioni Josephson; v) Punti quantici
Correzione quantistica degli errori: i) Decoerenza e accoppiamento con l'ambiente; ii) Decoerenza e correzione quantistica degli errori; iii) Codici quantistici di correzione degli errori; iv) Stati quantistici che evitano gli errori; v) Tolleranza alle imperfezioni

Course contents:
The course will cover the following topics:
At the crossroad between science and technology: i) Miniaturization, Moore's law, quantum effects; ii) The mathematics of computation: Hilbert, Gödel, Turing; iii) Algorithmic complexity, quantum complexity
Physics, Information, Quantum information: i) The thermodynamic roots: from Maxwell, Boltzmann, Shannon, to von Neumann, Brillouin, Bennett; ii) An emergent discipline; iii) The fundamental concepts of quantum physics, quantum coding of information
Quantum Computation: i) Classical Turing machine; ii) Quantum Turing machine; iii) Gates and circuits; iv) The quantum automaton
Quantum algorithms: entanglement and quantum parallelism: i) Deutsch's algorithm; ii) Shor's algorithm; iii) Grover's algorithm
Different schemes of quantum computation: i) The spin network quantum simulator; ii) Topological quantum field theory: invariants e and Jones' polynomials; iii) Adiabatic quantum computation; iv) Holonomic quantum computation
Quantum Cryptography: i) Public key cryptography; ii) Quantum key distribution
Dense information coding; Teleportation
Experimental feasibility of quantum computation: i) Nuclear magnetic resonance; ii) Trapped ions in cavity; iii) Quantum electrodynamics; iv) SQUIDs and Josephson junctions; v) Quantum dots
Quantum Error Correction: i) Decoherence and coupling with the environment; ii) Decoherence and quantum error correction; iii) Quantum codes for error correction; iv) Error avoiding quantum states; v) Fault tolerance

23 aprile 2010 dalle 10,30 alle 12,30 presso aula 9S
28 aprile 2010 dalle 10,30 alle 12,30 presso aula 4C e dalle 16,30 alle 18,30 presso aula 1S
30 aprile 2010 dalle 10,30 alle 12,30 presso aula 9S
4 maggio 2010 dalle 10,30 alle 12,30 presso aula 9B