FISICA

LAUREA MAGISTRALE

MAGNETISMO E COMPUTAZIONE QUANTISTICA

Docenti: 
Crediti: 
6
Sede: 
PARMA
Anno accademico di offerta: 
2020/2021
Responsabile della didattica: 
Settore scientifico disciplinare: 
FISICA DELLA MATERIA (FIS/03)
Semestre dell'insegnamento: 
Secondo Semestre
Lingua di insegnamento: 

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

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 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.