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L’automazione è un’arte giovane ed è naturale che vi siano addetti uomini giovani
(Primo Levi: L'altrui mestiere) 

L’Automazione garantisce condizioni di vita e di lavoro più comode e sicure

L’Ingegneria dell’Automazione ha come scopo il progetto, la realizzazione e la gestione di dispositivi, macchine e impianti automatizzati

Il Corso di Laurea tende a formare ingegneri in grado di operare su applicazioni delle tecnologie dell’informazione a problemi di automazione. Il laureato acquisirà una conoscenza generale delle metodologie di analisi, progettazione e gestione di semplici sistemi di automazione, nonché una professionalità specifica nel campo dell’informatica industriale

Il Corso di Laurea Magistrale ha un più marcato carattere progettuale. Il laureato di secondo livello saprà impostare e risolvere problemi di automazione di sistemi complessi, basandosi sull’impiego di strumenti matematici e tecnici delle varie discipline caratterizzanti

 

 

SSD: ING-IND/31
CFU: 

Insegnamenti propedeutici (se previsti dall'Ordinamento del CdS)

Nessuno.

Eventuali prerequisiti

Nessuno.

Obiettivi formativi

I qubit sono gli elementi fondamentali dei circuiti quantistici. A differenza del bit classico che può assumere solo due stati, il qubit può trovarsi in una sovrapposizione coerente di due stati, una proprietà fondamentale della meccanica quantistica. I qubit possono essere realizzati utilizzando gli spin di atomi o molecole, o anche la polarizzazione dei fotoni. La tecnologia oggi più promettente si basa su circuiti elettrici a superconduttori con elementi lineari e giunzioni Josephson (IBM, D-Wave Systems, Rigetti, Google, Quantum Circuits - Yale, ...). L’obiettivo di questo corso è introdurre i circuiti elettrici quantistici a superconduttori.

In un superconduttore i super-elettroni si trovano nello stesso stato quantistico coerente, quindi un superconduttore può manifestare un comportamento quantistico a livello macroscopico. Gli esperimenti hanno ampiamente dimostrato che lo stato quantistico di circuiti elettrici a superconduttori basati sulla giunzione Josephson può essere efficacemente sia controllato, sia letto. In particolare, è possibile progettare circuiti elettrici a superconduttori che si comportano come atomi artificiali. A differenza degli agli atomi reali, questi atomi artificiali hanno dimensioni macroscopiche, e quindi sono caratterizzati da momenti di dipolo elettrico o magnetico di elevata intensità. Ciò facilita il loro accoppiamento con altri circuiti elettrici a parametri concentrati e distribuiti a superconduttori, e consente di realizzare architetture per l’elaborazione quantistica dell’informazione.

In questo corso partiamo dalle formulazioni lagrangiane e hamiltoniane dei circuiti elettrici classici, diamo il concetto di circuito elettrico quantistico a superconduttori e introduciamo progressivamente i qubit a superconduttori, le tecniche di controllo e di lettura.

Risultati di apprendimento attesi

Conoscenza e capacità di comprensione

Questo corso, a partire dal modello di circuiti a parametri concentrati e distribuititi governati dalla meccanica quantistica introduce nuovi paradigmi alla base dei computer quantistici basati sulle giunzioni Josephson.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Questo corso fornisce sia le conoscenze di base per la comprensione dei circuiti elettrici quantistici, sia gli strumenti per la loro analisi, progettazione e sviluppo.

Programma - Syllabus

  1. Cosa sono i circuiti quantistici, i qubit e le porte logiche quantistiche. La sfera di Bloch.
  2. Circuiti elettrici classici: circuiti ad elementi concentrati, circuiti ad elementi distribuiti, leggi di Kirchhoff, relazioni costitutive. Circuiti dissipativi e non dissipativi. Formulazioni lagrangiane e hamiltoniane per circuiti non dissipativi, coppie di variabili elettriche coniugate, parentesi di Poisson. Circuiti con elementi dissipativi, modello di Caldeira – Legget. Teorema di fluttuazione – dissipazione. Equazione di Langevin
  3. Circuiti Elettrici Quantistici Non Dissipativi: Cenni di Meccanica Quantistica. Stato di un circuito elettrico quantistico non dissipativo: misure, dalle variabili elettriche agli operatori, vettore di stato quantistico, commutatori di cariche e flussi. Quantizzazione di un circuito elettrico. Schrödinger e Heisenberg Pictures. Circuiti LC lineari quantistici. Intreccio. Quantizzazione “Black Box” di circuiti lineari.
  4. Qubit superconduttori: giunzione Josephson. Circuiti LC non lineari. Circuiti qubit di carica. Circuiti a qubit di flusso. Circuiti a qubit. di fase. “Box” a coppie di Cooper. trasmone. Qubit Entangled.
  5. Circuiti Elettrici Dissipativi Quantistici: Teorema Dissipazione-fluttuazione quantisticoa. Fluttuazioni quantistiche nell'oscillatore LC smorzato. Modello di resistenza di Nyquist: linea di trasmissione semi-infinita. Heisenberg - Equazione di Langevin. Operatori ambientali e di misura. Rumore e ambiente. Decoerenza, decadimento e sfasamento. Decoerenza indotta dal rumore nei circuiti Qubit. Uno sguardo alle equazioni principali stocastiche.
  6. Qubit - Accoppiamento a cavità: Accoppiamento risonante e accoppiamento dispersivo. Amplificazione e feedback. Lettura dispersiva di un Qubit in una cavità. Controllo quantistico di Qubit in una cavità. Lettura dispersiva multi-qubit.
  7. Ingegneria dello stato quantistico e porte quantistiche: porte a un qubit. Due porte qubit. L'algoritmo di ricerca di Grover, correzione degli errori (ancilla qubit), avanza verso i computer quantistici.
  8. Uno sguardo ai dispositivi quantistici ibridi: circuiti superconduttori di spin. Punti quantici. Processore quantistico ibrido.

Materiale didattico

Si veda il sito web del docente della materia.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

Lezioni frontali (90%), Laboratorio 10%

Verifica di apprendimento e criteri di valutazione

Modalità di esame

L'esame si articola in prova solo orale.