MAGNETISMO E COMPUTAZIONE QUANTISTICA
cod. 1006115

Anno accademico 2021/22
1° anno di corso - Secondo semestre
Docente
Stefano CARRETTA
Settore scientifico disciplinare
Fisica della materia (FIS/03)
Ambito
Microfisico e della struttura della materia
Tipologia attività formativa
Caratterizzante
52 ore
di attività frontali
6 crediti
sede: PARMA
insegnamento
in ITALIANO

Obiettivi formativi

Conoscenza e capacità di comprensione:
Questo insegnamento si propone di fornire allo studente le conoscenze teoriche di base riguardanti diverse tematiche di magnetismo e le basi della computazione quantistica. Le teorie fisiche più rilevanti verranno apprese in termini di struttura logica e matematica, di evidenze sperimentali, di modellizzazione dei fenomeni fisici da esse descritte.
Lo studente dovrà estendere le sue conoscenze su questi temi rispetto a quelle associate al primo ciclo di studi, in moda da poter elaborare e applicare idee originali, specialmente in un contesto di ricerca.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Lo studente dovrà acquisire la capacità di applicare le conoscenze così acquisite per analizzare e i fenomeni magnetici ed interpretarli sulla base di una formulazione matematica delle leggi fisiche. Inoltre lo studente acquisirà le competenze di base sulla computazione quantistica.

Autonomia di giudizio:
Alla fine del corso, lo studente dovrà possedere gli strumenti per comprendere ed analizzare in modo critico i principali fenomeni legati al magnetismo quantistico e all’informazione quantistica.

Abilità comunicative:
Lo studente dovrà possedere l’abilità di presentare in maniera chiara e priva di ambiguità i concetti di base del magnetismo quantistico e le loro conseguenze sui fenomeni osservabili. Inoltre dovrà essere in grado di esporre in modo chiaro i concetti alla base della computazione quantistica.

Capacità di apprendimento:
Lo studente dovrà aver acquisito quelle capacità di apprendimento del magnetismo e della computazione quantistica che gli sono necessarie per intraprendere studi successivi con un alto grado di autonomia.

Prerequisiti

Sono richieste conoscenze di base di Fisica della Materia, Meccanica Quantistica e Fisica Statistica.

Contenuti dell'insegnamento

Il corso è diviso in due parti. Nella prima parte vengono affrontate diverse tematiche di magnetismo, mentre nella seconda parte vengono sviluppate le basi della computazione quantistica. In particolare gli argomenti trattati sono:

-Lo ione libero - Ione in un cristallo e teoria di campo cristallino.
-Operatori tensoriali irriducibili.
-Interazione di scambio diretto-Interazione RKKY-Interazione di superscambio.
-Molecole magnetiche-limite di scambio forte.
-Teoria di campo medio e onde di spin per materiali magnetici.
-Modello di Hubbard-modello di Stoner.
-Formula di Kubo-Funzioni di Green.
-Algoritmi quantistici-Operazioni logiche a 1 e 2 qubit-Simulatori quantistici-Entanglement-Computazione quantistica con in Nanomagneti Molecolari

Programma esteso

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Bibliografia

-Condensed Matter Physics by M. P. Marder, Wiley.
-Quantum Theory of Magnetism by W. Nolting and A. Ramakanth, Springer.
-Lecture Notes on Electron Correlation and Magnetism by P. Fazekas, World Scientific.
-Quantum Computation and Quantum Information by M.A. Nielsen and I.L. Chuang, Cambridge.

Metodi didattici

Proiezione di slides, calcoli alla lavagna e simulazioni numeriche.
Le slides vengono caricati sulla piattaforma Elly prima delle corrispondenti lezioni. Le lezioni si svolgeranno in presenza. Il materiale didattico sarà arricchito con la videoregistrazione delle lezioni. Le modalità di erogazione potrebbero variare in relazione all’evoluzione della pandemia da Sars-Cov2.

Modalità verifica apprendimento

La valutazione dell’apprendimento è basata su una prova orale volta a verificare le conoscenze dello studente e la sua capacità di applicare e collegare i concetti appresi. L'esame inizia con la discussione di un argomento a scelta dello studente e poi prosegue con domande sugli altri argomenti affrontati durante le lezioni.
La prima parte ha un peso di circa 1/3 sulla valutazione finale. La durata dell’esame è di circa un’ora.
La votazione è in trentesimi (con eventuale lode per una prova perfetta) ed il voto viene comunicato al termine della prova stessa.
Si ricorda che l'iscrizione on line all'appello è obbligatoria.

Altre informazioni

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