Il corso propone la moderna visione della Fisica Quantistica (FQ) , partendo dai fondamenti fino alle nuove "Quantum Technologies" (QT). sono esposti in maniera rigorosa  concetti fondamentali (entanglement, decoerenza, misura quantistica) che, insieme al controllo della dinamica di elettroni e fotoni, costituiscono il paradigma funzionale per applicazioni alla computazione, alla comunicazione e al sensing. Il corso è teorico, con esercizi e applicazioni numeriche. 

Gli obiettivi formativi sono:

• Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding) – Conoscenza delle principali idee e tecniche teoriche/numeriche per: (1) rappresentare un sistema quantistico e descriverne la dinamica; (2) apprendere i principi di funzionamento dei sistemi fisici utilizzati nelle QT, dai nanodispositivi coerenti alle architetture atomiche e fotoniche; (3) introdurre strumenti algebrici e di teoria dei campi per l'analisi dei sistemi bipartiti (entanglement, decoerenza e misura).  (4) studiare i principali algoritmi quantistici; 
  
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding) – Capacità di risolvere problemi applicando tecniche teoriche ed approssimazioni all'analisi/simulazione di dinamica quantistica. Capacità di familiarizzare con le opportunità offerte dalle QT in vari ambiti disciplinari.
• Autonomia di giudizio (marking judgements) -- Capacità di compiere scelte nel percorso didattico, di argomentare interpretazioni di fenomeni fisici, di valutare le potenzialità offerte dalle QT per l'attività lavorativa post-laurea.
• Abilità comunicative (communication skills) – Competenze nella comunicazione interdisciplinare nell’ambito delle QT, sviluppate elaborando la parte espositiva dell'esame e tramite prove intermedie informali.
• Capacità di apprendimento (learning skills) – Acquisizione di strumenti per l'aggiornamento continuo delle conoscenze, tramite l'accesso a laboratori e alla letteratura specializzata, e nella parte espositiva dell'esame.

Propedeuticità indispensabili sono i corsi di fisica quantistica, di "Advanced Quantum Mechanics" e di algebra lineare.  Propedeuticità importanti sono struttura della materia e "Solid-state physics", meccanica statistica elementare. Sebbene possano essere molto utili, per cui se ne consiglia la frequenza, i corsi di "Superconductivity and superfluidity", "Mesoscopic and Topological materials" e di "Many-body theory" non sono strettamente propedeutici.

La frequenza ai corsi è di norma obbligatoria (come da Regolamento Didattico).

1. Rappresentazione dei sistemi coerenti (h 10 frontale +h 4 complementi e esercitazioni)
   Qubit e Qudit, sistemi composti; sistemi fisici (fotoni, spin nucleari, atomi naturali e artificiali, cavità elettromagnetiche); algebra degli spazi di Hilbert e applicazioni a reti quantistiche; interferometria e dinamica; computazione quantistica: semplici applicazioni (algoritmo Deutsch, teorema no-cloning, crittografia); stati misti, matrice densità, funzione di Wigner.
2. Dinamica quantistica (h10+h4)
   Operatore di evoluzione temporale; dinamica impulsiva;  equazioni di Heisenberg e di von Neumann ed estensione fenomenologica a sistemi aperti; trasformazioni unitarie dipendenti dal tempo e applicazioni (sistemi rotanti per campi oscillanti, riferimento solidale, fasi geometriche, scorciatoie per l'adiabaticità)
3. Sistemi bipartiti e multipartiti (h10+h4)
   Entanglement: misure e applicazioni (superdense coding, teletrasporto quantistico, entanglement swapping); paradosso di EPR e disuguaglianza di Bell. Teoria dei sistemi quantistici aperti. Misura e modello di von Neumann.
4. Architetture di nanosistemi coerenti (h5+0) (da due a tre argomenti tra i sottoelencati)
   NMR di molecole in liquidi; fotoni e atomi in cavità; atomi artificiali e circuit-QED; ioni in trappola e atomi freddi. Sistemi nanomeccanici e nanoelettromeccanici; eccitazioni topologiche nella materia.
5. Un argomento (0+h3) a carattere seminariale,  scelto tra i sottoelencati:
   Algoritmi quantistici; quantum error correction; teoria dell'informazione quantistica; introduzione alla termodinamica quantistica.

• L'esame orale standard comprende: (a) parte espositiva: un argomento a scelta del candidato, concordato in anticipo col docente; (b) una domanda scelta dal candidato tra tre proposte dal docente, di diversa difficoltà.
• A richiesta dello studente e subordinatamente al consenso del docente, la prova (a) può essere sostituita da un elaborato che comprenda un calcolo analitico o numerico che lo studente dovrà sviluppare in maniera indipendente ma assistita, nel qual caso la parte (b) sarà a carattere espositivo.

• Il superamento dell'esame dipende dalla prova (a) mentre la (b) determina la valutazione. Quest’ultima è effettuata tenendo conto di: (1) pertinenza delle risposte rispetto alle domande formulate; (2) livello di comprensione dei contenuti esposti; (3) accuratezza nell'esposizione dei calcoli; (4) capacità di collegamento con altri temi dell'insegnamento (o di insegnamenti precedenti) e di riportare esempi; (5) proprietà di linguaggio e chiarezza espositiva.

• Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA: a garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un 
  colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. 
  E' possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del 
  nost Dipartimento, Prof. Catia Petta.
  

  
  

Le domande di seguito riportate sono solo esempi e non costituiscono un elenco esaustivo.
- Algebra di SU(2) e relazione con U(2) e SO(3);
- Spazi di Liouville ed esempi di basi
- Quantizzazione in circuiti mesoscopici
- Sistemi composti, fattorizzazione, operatori (gate) entangling 
- Soluzioni formali per la dinamica
- Oscillazioni coerenti e oscillazioni di Rabi
- Trasformazioni di gauge e trasformazioni untarie dipendenti dal tempo