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Programma
e bibliografia del corso di Sistemi Quantistici per
l'Informatica (a.a. 2011/12 e 2012/13):
Premessa La bibliografia ha natura molto diversa per le diverse parti del corso. Per le parti 1 e 2, si riportano i principali testi la cui esposizione è sufficientemente vicina all'esposizione della materia durante le lezioni, ma non si intende con questo che tutto il materiale citato faccia parte del programma. Una guida accurata al materiale e al livello trattato è fornita dai lucidi delle lezioni. Si veda la pagina principale del corso per i link. Per la parte 3 l'esposizione a lezione ha seguito più da vicino i testi riportati di volta in volta. Si riportano anche i principali ausili interattivi utilizzati. 0. Richiami sui numeri complessi. Principali proprietà dei numeri complessi. Lucidi delle lezioni. 1.1 Onde. Equazione delle onde; rappresentazione complessa; interferenza; onde stazionarie; battimenti; diffrazione; pacchetti d'onda; velocità di fase e di gruppo. Lucidi delle lezioni. Approfondimenti: [M2] capp. 13.1-13.4 [HRWmt] capp. 17.1-17.5, 17.8, 17.9, 17.12, 18.4, 18.7 L4 Multimedia: SW1, in particolare: What is a wave? Superposition of Two Waves Phase changes upon reflection Phase Speed versus Group Speed SQ2, in particolare http://www.falstad.com/ripple/ e http://www.falstad.com/wave2d/ L2, in particolare: onde viaggianti; onde stazionarie; battimenti. 1.2 Onde elettromagnetiche. Onde elettromagnetiche; principali proprietà; fenditura, doppia fenditura, reticolo di diffrazione. Lucidi delle lezioni. Approfondimenti: [M2] capp.14.1 (equazioni d'onda, senza dimostrazione), 14.2 (senza dimostrazioni), 14.3 (Vettore di Poynting: definizione), cap.15. [HRWe] capp. 34.1-34.3, 34.5, 34.6, 36.1-36.6, 37.1-37.3, 37.5-37.7 L4 Multimedia: SC1, In particolare le sezioni 17 per la diffrazione della luce (fenditura singola) e 18 per l'interferenza della luce (doppia fenditura). L2, in particolare: campo elettrico di una carica oscillante; campo elettromagnetico lontano di una carica oscillante. 2. Esperimenti base della Meccanica Quantistica e conseguenze concettuali. Effetto fotoelettrico; effetto Compton; spettri discreti di emissione e assorbimento; esperimento di Davisson e Germer (diffusione di elettroni); inteferenza di fotoni singoli; la doppia fenditura per elettroni singoli. Modello atomico di Bohr; onde di De Broglie; principio di indeterminazione; postulato della funzione d'onda; interpretazione probabilistica. Lucidi delle lezioni. Testi di riferimento: [HW] 5.3, 5.4.1 [MNV] 15 (a eccezione di 15.2 e 15.3) [HRWm] 39 (tutto) 3. Equazione di Schroedinger e basi formali della MQ. Equazione di Schrödinger. Testi: [FT] 3.1-3.3 Funzione d'onda, interpretazione statistica, operatori Testi: [Gr] cap. 1 Autofunzioni, autovalori. Valori aspettati. Stati stazionari. Testi: [Gr] 2.1; [G] parte prima, capp. 15, 16 Multimedia: SQ1 (sez. 3.1-3.4) Buca di potenziale infinita. Testi: [Gr] 2.2; [G] parte seconda, par. 2.1 Multimedia: SQ2 Buca bidimensionale infinita. Buca quadrata. Degenerazione. Testi: [G] parte seconda, par. 2.4, [HRWm] 40.6, 40.7 (incluso problema svolto 40.5). Multimedia: SW1; SQ2. Lettura: Nanocristalli; recinti e miraggi quantici. Testi: [HRWm] 40.6. [ReedSM]. [ManoharanN]. [HellerN]. Approfondimento: [CrommieS]. [ReedS] Stati di diffusione, particella libera. Testi: [Gr] 2.4 (incluso problema 2.22) Buca squadrata finita. Testi: [Gr] 2.6. Multimedia: SQ1. SQ2. Gradini di potenziale. Testi: [FT] 9.1, 9.2, 9.3 (discussione di Born esclusa). [Gr] problemi 2.34, 2.35. Multimedia: SQ1. SQ2. SQ3. SW1. Barriera di potenziale. Effetto tunnel. Testi: [FT] 9.5. [HRWm] 39.9 oppure [HRK] 46.7. Multimedia: SQ4. SQ1 sez. 1.5. SQ3. Lettura: Microscopio a scansione a effetto tunnel. Testi: [HRWm] 39.9 oppure [HTK] 46.7. Multimedia: L5. SQ1 sez. 1.6. Doppia buca: sistemi a due livelli. Approfondimento: [G] parte seconda, cap. 5 Particelle identiche. Fermioni e bosoni. Funzioni d'onda simmetriche e antisimmetriche. Principio di Pauli. Testi: [FT] 13.1-13.6. [Gr] 5.1. [HRWm] 41.7, 41.8. Notazione di Dirac. Testi: [Gr] 3.6 4. Argomenti avanzati. [N.B.: ancora in aggiornamento] Stati ingarbugliati. [BEZ] 1.4. [Gr] 12.1 (probl. 12.1). Paradosso EPR. [Gr] 12.1. [BEZ] 1.7. [EPR]. [B]. Disuguaglianza di Bell. [H1]. [Gr] 12.2. Esperimenti sulla violazione della disuguaglianza di Bell. [A1], [A2], [A3], [Z1]. Qubit. [NC] (1.1), 1.2. 1.3.1-1.3.3, 1.3.6 Teorema del clone impossibile. [Gr] 12.3. Cenno alla crittografia quantistica (QKD). Dense coding. Teletrasporto quantistico. [NC] 1.3.7 [BEZ] 3.1, 3.2, 3.3. Teletrasporto quantistico: esperimenti. [H2]. [BEZ] 3.7. [Z2]. [Z3]. Bibliografia del corso di Sistemi Quantistici per l'Informatica: La bibliografia è in evoluzione. La bibliografia fornita non comporta la necessità di consultare tutti i testi. I testi sono indicati con: (B) accessibili in biblioteca (A) scaricabili in formato elettronico, solo attraverso la rete di Ateneo. (F) scaricabili in formato elettronico, liberamente. [A1] (F) A. Aspect, “Bell’s theorem: the naïve view of an experimentalist”, http://arXiv.org/pdf/quant-ph/0402001 [A2] (A) A. Aspect, P. Grangier, G. Roger, "Experimental Realization of Einstein-Podolsky-Rosen-Bohm Gedankenexperiment: A New Violation of Bell's Inequalities", Physical Review Letters 49, 91 (1982) [A3] (A) A. Aspect, "Bell’s inequality test: more ideal than ever", Nature 398, 189 (1999); commento a [Z1]. [B] (A) N. Bohr, "Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality be Considered Complete?", Physical Review 48, 696-702 (1935) [BEZ] (B) D. Bouwmeester, A. Ekert, A. Zeilinger (editors), "The Physics of Quantum Information", Springer (2000) [CrommieS] (A) M. F. Crommie, C. P. Lutz, D. M. Eigler, "Confinement of electrons or quantum corrals on a metal surface", Science 262, 218 (1993) [EPR] (A) A. Einstein, B. Podolsky, N. Rosen, "Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality be Considered Complete?", Physical Review 47, 777-780 (1935) [FT] (B) A. P. French, E. F. Taylor, "An Introduction to Quantum Physics", The M.I.T. Introductory Physics Series, W.W. Norton & Company Testo introduttivo alla Meccanica Quantistica con particolare attenzione alla didattica. Impostazione differente da Gr. [G] (F) F. Gori, "Introduzione alla Meccanica Quantistica" [Gr] (B) D. J. Griffiths, "Introduzione alla Meccanica Quantistica", Casa Editrice Ambrosiana. Traduzione italiana di "Introduction to Quantum Mechanics", Prentice Hall. [H1] (F) D.M. Harrison, University of Toronto, "Bell's Theorem" [H2] (F) D.M. Harrison, University of Toronto, "Quantum Teleportation, information and Cryptography" [HellerN] (A) E. Heller, "Electrons in the looking glass", Nature 403, 489 (2000); commento (divulgativo) a [ManoharanN] [HRK] (B) D. Halliday, R. Resnick, K.S. Krane, "Fisica 2", quinta ed., Casa Editrice Ambrosiana Testo molto diffuso di fisica generale; parte di fisica moderna con formalismo molto accessibile. [HRWe] (B) D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, "Fondamenti di Fisica-Elettrologia, Magnetismo, Ottica", quinta ed., Casa Editrice Ambrosiana Testo molto diffuso di fisica generale [HRWm] (B) D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, "Fondamenti di Fisica-Fisica Moderna", quinta ed., Casa Editrice Ambrosiana. Una introduzione alla fisica moderna con un formalismo minimale. [HRWmt] (B) D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, "Fondamenti di Fisica-Meccanica, Termologia", quinta ed., Casa Editrice Ambrosiana Testo molto diffuso di fisica generale [HW] (A) H. Haken, H.C. Wolf, "The Physics of Atoms and Quanta - Introduction to Experiments and Theory", 7th revised edition, Springer Berlin Heidelberg, 2005. ISBN 978-3-540-20807-5 (Print) 978-3-540-29281-4 (Online) [M2] (B) R. Marcon, "Introduzione all'Elettromagnetismo", Vol. II, Casa Editrice CISU. Testo di Fisica Generale stringato e rigoroso. [ManoharanN] (A) H. C. Manoharan, C. P. Lutz, D. M. Eigler, "Quantum mirages formed by coherent projection of electronic structure", Nature 403, 512 (2000) [MNV] (B) P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, "Fondamenti di Fisica-Onde", seconda ed., Casa Editrice EDISES. [MNVEM] (B) P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, "Fisica-Elettromagnetismo", seconda ed., Casa Editrice EDISES. [NC] (F - parzialmente) M.A. Nielsen, I. M. Chuang, "Quantum Computation and Quantum Information", Cambridge University Press (2000). Il capitolo 1 è scaricabile da http://michaelnielsen.org/qcqi/. [ReedS] (A) M. Reed, "Quantum constructions", Science 262, 195 (1993); commento (divulgativo) a [CrommieS] [ReedSM] (F) M.A. Reed, "Quantum Dots", Scientific American, January 1993, p.118. Scaricabile dal sito del laboratorio dell'autore, qui. [Z1] (A) G. Weihs, T. Jennewein, C. Simon, H. Weinfurter, A. Zeilinger, "Violation of Bell’s Inequality under Strict Einstein Locality Conditions", Physical Review Letters 81, 5039 (1998) [Z2] (A) D. Bouwmeester, J-W Pan, K. Mattle, M. Eibl, H. Weinfurter, A. Zeilinger, "Experimental Quantum Teleportation", Nature 390, 575 (1997) [Z3] (A) R. Ursin, T. Jennewein, M. Aspelmeyer, R. Kaltenbaek, M. Lidenthal, P.Walther, A. Zeilinger, "Quantum Teleportation across the Danube", Nature 430, 849 (2004) Simulatori e altre risorse online: [L1] http://www.upscale.utoronto.ca/GeneralInterest/PVBNonFlash.html Università di Toronto, biblioteca virtuale. [L2] http://www.upscale.utoronto.ca/GeneralInterest/Harrison/Flash/index.html Università di Toronto, collezione di animazioni Flash su vari argomenti di fisica. Alcune di esse sono state usate durante il corso (vedi anche singoli links sui lucidi). [L3] http://www.upscale.utoronto.ca/GeneralInterest/QM.html Physics Virtual Bookshelf, Università di Toronto, vari testi, pagine, animazioni etc. su argomenti di Meccanica Quantistica. Particolarmente ben fatta la descrizione dell'esperimento di doppia fenditura ("Double Slit"). [L4] http://www.upscale.utoronto.ca/GeneralInterest/Key/waves.htm Physics Virtual Bookshelf, Università di Toronto, utile riassunto di alcune proprietà delle onde. [L5] http://www.iap.tuwien.ac.at/www/surface/STM_Gallery/ Microscopio a effetto tunnel: principio di funzionamento e galleria di immagini [SQ1] http://www.quantum-physics.polytechnique.fr/ Ottimo simulatore online di numerosi problemi di Meccanica Quantistica, usato estensivamente a lezione (in particolare nella seconda parte del corso). Si trova anche un link a un interessante simulatore di fisica classica [SC1]. Fortemente raccomandato. [SQ2] http://www.falstad.com/mathphysics.html Notevole raccolta di simulatori di problemi di fisica. Fortemente raccomandato. [SQ3] http://www-ekp.physik.uni-karlsruhe.de/~feindt/schrodinger/example4.htm Simulatore di problemi di trasmissione e riflessione. [SQ4] http://www.westga.edu/~jhasbun/osp/Potential_Barrier.htm Simulatore dedicato alla barriera di potenziale (effetto tunnel) in condizioni stazionarie. [SC1] http://www.quantum-physics.polytechnique.fr/physics/index.html Ottimo simulatore online di fisica classica. Fortemente raccomandato. [SW1] http://www.kettering.edu/~drussell/demos.html Numerose animazioni, spiegate e commentate, su una grandissima varietà di fenomeni ondulatori e oscillatori. Qui si può trovare la risposta a una domanda posta nei lucidi. Fortemente raccomandato. Per ulteriori approfondimenti: [F] (B) P. Feynman, R. B. Leighton, M. Sands, "La Fisica di Feynman (The Feynman lectures on Physics)", edizione bilingua, Inter European Editions Testo fondamentale per l'esposizione brillante e spesso non convenzionale della Fisica di base. La parte di meccanica quantistica costituisce una lettura estremamente stimolante. Vi sono in biblioteca e in commercio numerose edizioni, in inglese, in italiano e bilingua. Il contenuto e la numerazione dei capitoli sono sempre i medesimi. [N] http://nobelprize.org/ Sito della fondazione del Premio Nobel. I discorsi dei vincitori ("Nobel lectures") in Fisica sono accessibili (in pdf) da http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/ [SEP] http://plato.stanford.edu/ Stanford Encyclopedia of Philosophy Interpretazione di Copenhagen: http://plato.stanford.edu/entries/qm-copenhagen/ |