Meccanica Quantistica III: Quantum Computing

Quantum Computing - Divulgazione semplice

  • Simone Severini - Nella terra dei qubit. La fisica quantistica e i confini dell’informatica (2022)

  • Fabio Chiarello - L’officina del meccanico quantistico. Dal gatto di Schröedinger al quantum computing (2014)

Introduzione al Quantum Computing

  • Chris Bernhardt - Quantum Computing for Everyone (2019)

  • Thomas G. Wong - Introduction to Classical and Quantum Computing (2022)

  • Robert S. Sutor - Dancing with Qubits: How quantum computing works and how it can change the world (2019)

  • Michel Le Bellac - A short introduction to quantum information and quantum computation (2006)

I grandi classici

  • Michael A Nielsen Isaac L Chuang - Quantum computation and Quantum Information, 10th ann. ed. (2010)

  • Scott Aaronson - Quantum computing since Democritus (2013)

  • Simone Severini - Nella terra dei qubit. La fisica quantistica e i confini dell’informatica (2022)

Ma questo computer quantistico c’è o non c’è? Certo che c’è. Però è una piantina appena nata, piuttosto che una quercia possente. Impreciso come i vecchi computer degli anni Cinquanta, oggi il computer quantistico non è un sogno fantascientifico, ma una scommessa di imprese e grandi centri di ricerca. Di che cosa si tratta? Sono macchine per processare informazione codificata in oggetti nanoscopici, come atomi o fotoni. E quello è il regime della fisica dei quanti: questi computer promettono di fare certi calcoli in modo più veloce di qualsiasi altro computer concepibile. Sono difficilissimi da costruire, ma potrebbero dare un contributo profondo in ambiti come medicina, scienze dei materiali e sostenibilità. Perché no, anche a una comprensione più profonda di ciò che è reale. Questo libro è un monologo, incompleto e a ruota libera, sull’interfaccia tra informatica e fisica quantistica, e su come queste due discipline hanno cominciato a influenzarsi a vicenda.


  • Fabio Chiarello - L’officina del meccanico quantistico. Dal gatto di Schröedinger al quantum computing (2014)

La fisica quantistica sembra sfidare il nostro senso comune, proponendoci una descrizione del mondo subatomico in cui le regole di base che governano la realtà vengono sovvertite: in cui una cosa può essere in due posti contemporaneamente, e un gatto (il celebre “gatto di Schrödinger”) può essere nello stesso istante vivo e morto… Eppure dallo studio di questo mondo bizzarro e dei suoi rapporti con il mondo macroscopico che ci è familiare possono derivare risultati sorprendenti: per esempio la realizzazione di circuiti logici quantistici, primi componenti di un “computer quantistico” capace di superare i vincoli, fisici e logici, che limitano le possibilità di calcolo dei computer tradizionali. L’autore, che per molti anni ha svolto la propria attività di ricerca nella zona di confine tra mondo classico e mondo quantistico, ci conduce a esplorare questo territorio affascinante, illustrandoci le straordinarie possibilità tecnologiche che ne potranno derivare.


  • Michel Le Bellac - A short introduction to quantum information and quantum computation (2006)

L’informazione e il calcolo quantistico sono un argomento in rapida espansione e interdisciplinare. Questo libro, pubblicato per la prima volta nel 2006, fornisce un’introduzione autonoma al campo per fisici, matematici e informatici che desiderano saperne di più su questo entusiasmante argomento. Dopo un’introduzione passo dopo passo al bit quantistico (qubit) e alle sue proprietà principali, l’autore presenta le basi necessarie in meccanica quantistica. Il nucleo dell’argomento, il calcolo quantistico, è illustrato da un trattamento dettagliato di tre algoritmi quantistici: Deutsch, Grover e Shor. I capitoli finali sono dedicati all’implementazione fisica dei computer quantistici, inclusi gli aspetti più recenti, come i qubit superconduttori e i punti quantici, e a un breve resoconto dell’informazione quantistica. Scritto a un livello adatto agli studenti universitari in scienze fisiche, non si presuppone alcuna conoscenza pregressa della meccanica quantistica e sono richieste solo nozioni elementari di fisica.


  • Scott Aaronson - Quantum computing since Democritus (2013)

Scritto dal noto teorico dell’informatica quantistica Scott Aaronson, questo libro accompagna i lettori in un tour attraverso alcune delle idee più profonde della matematica, dell’informatica e della fisica. Ricco di intuizioni, argomentazioni e prospettive filosofiche, il libro copre una straordinaria gamma di argomenti. Iniziando nell’antichità con Democrito, procede attraverso la logica e la teoria degli insiemi, la computabilità e la teoria della complessità, l’informatica quantistica, la crittografia, il contenuto informativo degli stati quantistici e l’interpretazione della meccanica quantistica. Ci sono anche discussioni approfondite sul viaggio nel tempo, il paradosso di Newcomb, il principio antropico e le opinioni di Roger Penrose. Lo stile informale di Aaronson rende questo affascinante libro accessibile ai lettori con formazione scientifica, così come agli studenti e ai ricercatori che lavorano in fisica, informatica, matematica e filosofia.


  • Michael A Nielsen Isaac L Chuang - Quantum computation and Quantum Information, 10th ann. ed. (2010)

Uno dei libri di fisica più citati di tutti i tempi, Quantum Computation and Quantum Information rimane il miglior libro di testo in questo entusiasmante campo della scienza. Questa edizione del decimo anniversario include un’introduzione degli autori che inseriscono il lavoro nel contesto. Questo libro di testo completo descrive effetti notevoli come algoritmi quantistici veloci, teletrasporto quantistico, crittografia quantistica e correzione degli errori quantistici. La meccanica quantistica e l’informatica vengono introdotte prima di passare a descrivere cos’è un computer quantistico, come può essere utilizzato per risolvere problemi più velocemente dei computer “classici” e la sua implementazione nel mondo reale. Si conclude con un trattamento approfondito delle informazioni quantistiche. Contenente una ricchezza di figure ed esercizi, questo noto libro di testo è l’ideale per corsi sull’argomento e interesserà studenti laureati e ricercatori principianti in fisica, informatica, matematica e ingegneria elettrica.


  • Thomas G. Wong - Introduction to Classical and Quantum Computing (2022)

Introduzione al calcolo classico e quantistico è per studenti che vogliono imparare il calcolo quantistico oltre il livello concettuale, ma che non hanno una formazione avanzata in matematica. L’unico prerequisito è la trigonometria e verrà trattata la matematica oltre a quella, inclusa l’algebra lineare. Questo libro è adatto come libro di testo del corso o per lo studio indipendente.

Il testo inizia con una panoramica significativa del calcolo classico, da come aggiungono numeri ai loro limiti computazionali, e rispecchia molti degli argomenti del calcolo quantistico che vengono trattati in seguito. Quindi, l’indagine sul calcolo quantistico inizia con un singolo qubit e porte quantistiche che agiscono su di esso, prima utilizzando geometria e algebra elementare e poi utilizzando l’algebra lineare. Vengono utilizzati sistemi di algebra informatica ed è incluso il codice per Mathematica e SageMath. Dopo un qubit, vengono trattati sistemi multi-qubit, incluso il modo in cui i computer quantistici aggiungono numeri, set di porte universali e correzione degli errori. Dopo questo, i lettori imparano come programmare circuiti quantistici su veri processori quantistici utilizzando IBM Quantum Experience. In seguito, vengono esplorati l’entanglement e i protocolli quantistici. Infine, vengono esaminati gli algoritmi quantistici, che culminano nell’algoritmo di Shor per la fattorizzazione. Viene utilizzato abbondantemente il simulatore quantistico Quirk. Infine, viene fornita una breve discussione sulle carriere nel calcolo quantistico, insieme ad alcuni possibili argomenti tecnici da apprendere in seguito.


  • Chris Bernhardt - Quantum Computing for Everyone (2019)

Un’introduzione accessibile a un’entusiasmante nuova area dell’informatica, che spiega argomenti come qubit, entanglement e teletrasporto quantistico per il lettore medio. L’informatica quantistica è una splendida fusione di fisica quantistica e informatica, che incorpora alcune delle idee più sorprendenti della fisica del ventesimo secolo in un modo completamente nuovo di pensare all’informatica. In questo libro, Chris Bernhardt offre un’introduzione all’informatica quantistica accessibile a chiunque abbia dimestichezza con la matematica delle scuole superiori. Spiega qubit, entanglement, teletrasporto quantistico, algoritmi quantistici e altri argomenti correlati alla quantistica nel modo più chiaro possibile per il lettore medio. Bernhardt, lui stesso un matematico, semplifica la matematica il più possibile e fornisce esempi elementari che illustrano sia come funziona la matematica sia cosa significa.

Bernhardt introduce l’unità di base dell’informatica quantistica, il qubit, e spiega come il qubit può essere misurato; discute l’entanglement, che, dice, è più facile da descrivere matematicamente che verbalmente, e cosa significa quando due qubit sono entangled (citando la caratterizzazione di Einstein di cosa accade quando la misurazione di un qubit entangled influenza il secondo come “azione spettrale a distanza”); e introduce la crittografia quantistica. Riepiloga argomenti standard nell’informatica classica, bit, porte e logica, e descrive l’ingegnoso computer a palla da biliardo di Edward Fredkin. Definisce le porte quantistiche, considera la velocità degli algoritmi quantistici e descrive la costruzione di computer quantistici. Alla fine del libro, i lettori capiscono che l’informatica quantistica e l’informatica classica non sono due discipline distinte e che l’informatica quantistica è la forma fondamentale di informatica. L’unità di base dell’informatica è il qubit, non il bit.


  • Robert S. Sutor - Dancing with Qubits: How quantum computing works and how it can change the world (2019)

Dancing with Qubits, seconda edizione, è un libro di testo completo sul calcolo quantistico che inizia con una panoramica del motivo per cui il calcolo quantistico è così diverso dal calcolo classico e descrive diversi casi d’uso del settore in cui può avere un impatto importante. Segue una descrizione completa del calcolo classico e delle basi matematiche del calcolo quantistico, che ti aiuterà a comprendere meglio concetti come sovrapposizione, entanglement e interferenza. Successivamente, vengono presentati circuiti e algoritmi, sia di base che sofisticati, nonché un’indagine sulle idee di fisica e ingegneria alla base del modo in cui viene costruito l’hardware del calcolo quantistico.

Scopri come funziona il calcolo quantistico e approfondisci la matematica alla base con esempi pratici Scopri e valuta gli argomenti più aggiornati sul calcolo quantistico, tra cui l’apprendimento automatico quantistico Esplora il funzionamento interno delle tecnologie di calcolo quantistico esistenti per comprendere come potrebbero funzionare in modo significativamente migliore rispetto alle loro controparti classiche Esplora le basi matematiche del calcolo quantistico Scopri i concetti complessi e strabilianti che sostengono i sistemi quantistici Comprendi le idee chiave alla base del calcolo classico e quantistico Rinfresca e amplia la tua conoscenza della matematica essenziale, del calcolo e della teoria quantistica Esamina una panoramica dettagliata di qubit e circuiti quantistici Immergiti in algoritmi quantistici come la ricerca di Grover, Deutsch-Jozsa, Simon e Shor Esplora le principali applicazioni del calcolo quantistico nei campi del calcolo scientifico, dell’intelligenza artificiale e altrove

Indice:

  • Perché il calcolo quantistico
  • Non sono vecchi, sono classici
  • Più numeri di quanti tu possa immaginare
  • Aerei, cerchi e sfere, oh mio Dio
  • Dimensioni
  • Cosa intendi con “probabilmente”?
  • Un Qubit
  • Due Qubit, tre
  • Collegamento dei circuiti
  • Dai circuiti agli algoritmi
  • Diventare fisici
  • Considerare gli algoritmi NISQ
  • Introduzione al machine learning quantistico
  • Domande sul futuro

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