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Dissertations / Theses on the topic 'Fisica quantistica'
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1
Ragni, Stefano. "Algoritmi dell'informazione quantistica." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2018. http://amslaurea.unibo.it/15454/.
Full textAbstract:
Lo scopo di questa tesi è presentare alcuni algoritmi di base che rivestono grande importanza nell'ambito della computazione quantistica. La trattazione teorica viene accompagnata da codici eseguibili in QISKit, uno strumento che IBM mette a libera disposizione di studenti e docenti universitari: scopo ulteriore della tesi è saggiare le possibilità offerte dal toolkit, la sua semplicità di utilizzo e di conseguenza la sua validità come supporto didattico. Il capitolo centrale sugli algoritmi sarà preceduto da una breve presentazione dei fondamenti della meccanica quantistica necessari per la comprensione dei sistemi a due stati e da una piccola presentazione di QISKit. Saranno analizzati nel dettaglio la procedura di teletrasporto quantistico e gli algoritmi della trasformata di Fourier quantistica e della stima di fase.
2
Sugic, Danica. "Il gruppo delle rotazioni in fisica quantistica." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2014. http://amslaurea.unibo.it/7403/.
Full textAbstract:
Lo scopo del presente lavoro è quello di analizzare il ben noto concetto di rotazione attraverso un formalismo matematico.
Nella prima parte dell'elaborato si è fatto uso di alcune nozioni di teoria dei gruppi nella quale si definisce il gruppo ortogonale speciale in n dimensioni. Vengono studiati nel dettaglio i casi di rotazione in 2 e 3 dimensioni introducendo le parametrizzazioni più utilizzate. Nella seconda parte si introduce l'operatore di rotazione, il quale può essere applicato ad un sistema fisico di tipo quantistico. Vengono infine studiate le proprietà di simmetria di rotazione, definendone le caratteristiche e analizzando il caso particolare del potenziale centrale.
3
Essebei, Omar. "Meccanica quantistica e topologia." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2016. http://amslaurea.unibo.it/12338/.
Full textAbstract:
La tesi si compone di quattro capitoli dove si cerca di spiegare in un discorso coerente il perché le caratteristiche topologiche degli spazi influenzino le proprietà fisiche di sistemi quantistici che in essi sono vincolati. Inoltre si vuole offrire un metodo per affrontare questo problema utilizzando la struttura matematica più opportuna.
Nel primo capitolo si fa un riepilogo del formalismo quantistico e si studiano da un punto vista analitico le condizioni al contorno da imporre all'equazione agli autovalori di Schroedinger, andando ad analizzare il dominio degli operatori sullo spazio di Hilbert degli stati quantici.
La seconda parte è esclusivamente matematica e rielabora alcune nozioni di teoria dei gruppi e topologia, in particolare i concetti di omotopia e rivestimento, fondamentali per comprendere l'obiettivo ultimo della tesi.
Il terzo capitolo riassume il metodo generale che serve ad affrontare questo tipo di problema. Si fanno inoltre esempi ideali ed esempi con un riscontro fisico interessante(particelle identiche).
L'ultimo capitolo spiega l'effetto Aharonov-Bohm e descrive limitatamente la statistica degli anioni.
4
Baroncini, Alex. "Applicazioni e implementazioni della computazione quantistica." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2015. http://amslaurea.unibo.it/9604/.
Full textAbstract:
Questa tesi introduce le basi della teoria della computazione quantistica, partendo da un approccio teorico-matematico al concetto di qubit per arrivare alla schematizzazione di alcuni circuiti per algoritmi quantistici, analizzando la differenza tra le porte logiche classiche e la loro versione quantistica.
Segue poi una lista descrittiva di possibili applicazioni dei computer quantistici, divise per categorie, e i loro vantaggi rispetto ai computer classici. Tra le applicazioni rientrano la crittografia quantistica, gli algoritmi di fattorizzazione e del logaritmo discreto di Shor, il teletrasporto di informazione quantistica e molte altre.
La parte più corposa della tesi riguarda le possibili implementazioni, ovvero come realizzare praticamente un computer quantistico rendendo entità fisiche i qubit. Di queste implementazioni vengono analizzati i vari aspetti necessari alla computazione quantistica, ovvero la creazione di stati iniziali, la misura di stati finali e le trasformazioni unitarie che rappresentano le porte logiche quantistiche. Infine vengono elencate le varie problematiche del modello preso in considerazione.
Infine vengono citati alcuni esperimenti e modelli recenti che potrebbero vedere una realizzazione su scala industriale nei prossimi anni.
5
Di, Giovanni Antonio. "Misure deboli in meccanica quantistica." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2015. http://amslaurea.unibo.it/8938/.
Full textAbstract:
Il seguente elaborato si prefigge di esporre in modo chiaro la teoria delle misure deboli in meccanica quantistica. Tale teoria ha aperto nuovi scenari all'interno dell'interpretazione fisica del mondo quantistico e allo stesso tempo ha fornito alla fisica sperimentale una nuova tecnica per esplorare i fenomeni microscopici. Il progetto si divide in tre capitoli; nel primo capitolo vengono esposti i concetti chiave della teoria della misura in meccanica quantistica utili all'introduzione del secondo capitolo, ove viene trattata la teoria delle misure deboli. Infine nell'ultimo capitolo viene esposta la parte applicativa e in particolare viene discusso un esperimento della doppia fenditura, svoltosi all'università di Toronto con l'utilizzo delle misure deboli.
6
Pieri, Stefano. "Regole di Feynman per la cromodinamica quantistica." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2013. http://amslaurea.unibo.it/5526/.
Full text
7
Rossi, Valeria. "Integrali di cammino in meccanica quantistica." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2019. http://amslaurea.unibo.it/17612/.
Full textAbstract:
In questa tesi viene presentato il metodo dell'integrale di cammino di Feynman come alternativa alla formulazione canonica hamiltoniana della meccanica quantistica. Partendo dall'articolo originale di Dirac, viene sviluppata la teoria delle trasformazioni di contatto e la sua trattazione corretta per arrivare a definire una ampiezza di probabilità di transizione tra i punti dello spazio tempo (x'',t) e (x'',t). Tale ampiezza di probabilità (il nucleo di Feynman) viene poi usata per costruire una funzione d'onda, che si dimostra essere soluzione dell'equazione di Schroedinger (provando in questo modo l'equivalenza tra i due formalismi). Il numero di sistemi risolvibili con questo strumento, dimostratisi valido, è ampliato dall'implementazione di una teoria per la trattazione perturbativa del potenziale. Quanto esposto precedentemente è poi applicato alla trattazione di due sistemi fondamentali della meccanica: la particella libera e l'oscillatore armonico. Sono esposti due diversi metodi di risoluzione, applicabili in generale alle lagrangiane quadratiche. Infine, si generalizza la definizione di integrale di cammino per superfici curve a coordinate arbitrarie e per coordinate sferiche e si usa quanto appreso per risolvere il sistema dell'oscillatore armonico radiale.
8
Colombaro, Ivano. "Le rappresentazioni in meccanica quantistica." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2013. http://amslaurea.unibo.it/6129/.
Full textAbstract:
Lo scopo di questo elaborato è compiere un viaggio virtuale attraverso le tappe principali dello sviluppo della teoria dei quanti e approfondirla nelle sue diverse rappresentazioni, quella di Erwin Schrodinger, quella di Werner Karl Heisenberg e quella di Paul Adrien Maurice Dirac, fino ad arrivare, nella fase conclusiva, a diverse applicazione delle rappresentazioni, sfiorando marginalmente la Teoria dei Campi e, di conseguenza, introducendo un parziale superamento della stessa Teoria Quantistica.
9
Guidetti, Leonardo. "Supersimmetria in meccanica quantistica ed oscillatore armonico supersimmetrico." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2013. http://amslaurea.unibo.it/6239/.
Full textAbstract:
Il presente lavoro è finalizzato ad illustrare i metodi algebrici di base e alcune applicazioni della Meccanica Quantistica Supersimmetrica, partendo da semplici modelli quantistici, come l’oscillatore armonico.
Una volta introdotti tali metodi, rappresentati principalmente dalla fattorizzazione di hamiltoniani e dalla costruzione di sistemi partner supersimmetrici, nel corso della trattazione, vengono formalizzate le regole dell’algebra di Supersimmetria N=2 e mostrate le principali proprietà. Viene inoltre definito l’indice di Witten per analizzare la rottura spontanea della Supersimmetria.
Infine, si applicano i risultati esposti a semplici modelli fisici: la barriera infinita e l’oscillatore armonico supersimmetrico discutendo di quest’ultimo le principali caratteristiche.
10
Chiani, Stefano. "Il problema interpretativo della meccanica quantistica." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2020.
Find full textAbstract:
La meccanica quantistica si può certamente considerare essere una delle teorie più fondamentali e rivoluzionarie della fisica. Questa teoria porta con sé un terremoto ideologico
che scuote le fondamenta della realtà costringendoci a ripensare ciò che riteniamo vero
in modo intuitivo. Infatti, essa si è rivelata sempre più gremita di idee controintuitive
che necessitano di essere interpretate e comprese. La certezza di avere a che fare con una
teoria su cui si regge la nostra comprensione del mondo e a cui, grazie ad un'eclatante conferma sperimentale, dobbiamo la maggior parte delle tecnologie di questo secolo,
connette irreversibilmente la nostra cultura alla meccanica quantistica. Quest'ultima è
stata, per anni, considerata solo una teoria predittiva priva di significato fenomenologico. Tuttavia, lo scopo della scienza non è soltanto quello di fare predizioni ma anche
quello di poter offrire un'immagine della realtà, facendo dilatare l'immaginazione necessaria a pensare il mondo nei suoi aspetti più fondamentali. In questa tesi descrivo le
interpretazioni della teoria che hanno riscontrato maggior successo, esponendone le idee
principali e applicandole a problemi concettuali irrisolti. Così facendo vorrei mettere
in risalto come i fondamenti della meccanica quantistica, interpretati attraverso visioni
profondamente discordanti, potranno essere soggetti ad una rivoluzione scientifica che si
risolverà nell'accettazione di un nuovo principio fondamentale, un nuovo paradigma con
cui tornare a leggere, ancora una volta, la Natura.
11
Callisesi, Giulia. "Il teletrasporto quantistico: principi quantomeccanici ed esperimenti." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2016. http://amslaurea.unibo.it/11465/.
Full textAbstract:
Questo lavoro di tesi si pone l’obiettivo di illustrare i principi fisici che stanno alla base del teletrasporto quantistico, una tecnica importante utilizzata nelle tecnologie del l’informatica quantistica. In particolare, verranno introdotti i principali concetti della computazione quantistica, come il qubit e le porte logiche quantistiche, intese come trasformazioni unitarie che operano su qubit, e verrà illustrato il protocollo di teletrasporto dello stato quantico di un qubit da un punto ad un altro dello spazio. In seguito verrà descritto il fenomeno quantistico del l’entanglement e si porrà l’accento su come tale fenomeno possa essere sfruttato nel protocollo di teletrasporto quantistico. Segue, infine, una descrizione delle principali tecniche utilizzate negli esperimenti di verifica dell’entanglement e di teletrasporto quantistico condotti fino ai giorni nostri, con enfasi ai possibili sviluppi futuri.
12
Landi, Eugenio. "Entropia e Informazione in Meccanica Quantistica." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2019. http://amslaurea.unibo.it/19166/.
Full textAbstract:
L'elaborato comincia con un ripasso di meccanica quantistica per poi concentrarsi sugli strumenti necessari per lo studio della teoria dell'informazione. Viene introdotto l'operatore densità e il formalismo matematico per necessario per la descrizione dei sistemi aperti. L'ultimo capitolo è dedicato allo studio di quantità come entropia di Shannon e di von Neumann, viene descritto il Principio di Landauer per poi introdurre il concetto di informazione.
13
Stefanini, Martino. "Anioni: particelle identiche e topologia in meccanica quantistica." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2016. http://amslaurea.unibo.it/12052/.
Full textAbstract:
Si espone la teoria quantistica non relativistica dei sistemi di particelle identiche, costruendo un opportuno spazio delle configurazioni la cui struttura è coerente con la loro indistinguibilità. Si impiegano nozioni di topologia algebrica per la formulazione di una meccanica quantistica su tale spazio, mostrando che in due dimensioni spaziali esiste una continuità di statistiche quantistiche. Le particelle con queste statistiche intermedie tra bosoni e fermioni sono chiamate anioni. Si illustra l'importanza che hanno assunto nella spiegazione dell'effetto Hall quantistico e nell'attuale ricerca sulla possibilità di creare un computer quantistico topologico.
14
Dionisi, Marco. "Siamo oggetti quantistici?" Master's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2017.
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La Biologia Quantistica ha rivoluzionato il modo di studiare la vita, dal momento che gli effetti quantistici riscontrati in importanti processi biologici accomunano gli esseri viventi e la coscienza dell'uomo con gli atomi che costituiscono l'Universo.
Nei primi due capitoli di questa tesi è stato affrontato come l'uomo attualmente risponda ad alcune storiche domande su l'origine dell'Universo, della Terra, della vita e dell'uomo, mentre nel terzo capitolo ci si sofferma sullo studio della complessità biologica nel contesto dell'era genomica e della Biologia dei Sistemi.
Tuttavia la scienza classica non riesce a spiegare in maniera esaustiva tutti i fenomeni biofisici che avvengono negli organismi, infatti, come illustrato nel quarto capitolo, è necessaria la biologia quantistica per descrivere molti processi di fondamentale importanza per l'esistenza della vita, come la fotosintesi clorofilliana, l'attività enzimatica e le mutazioni genetiche.
Ma la fonte di queste domande sulla vita e sull'universo è la coscienza, la più importante proprietà emergente della mente umana, che consente all'uomo di interrogarsi su se stesso e sul mondo che lo circonda. Ma perché l'uomo è dotato di coscienza? Come agisce la coscienza per permettere ad ogni uomo di essere consapevole del proprio io e di avere una propria ed esclusiva soggettività? La modellizzazione della coscienza umana è una delle sfide più impegnative per la scienza e nell'ultimo capitolo di questa tesi si presentano le varie teorie elaborate a tale scopo, tenendo in considerazione che la biologia quantistica sarà la chiave di lettura principale per spiegare il processo della coscienza.
Chiedersi dunque se siamo oggetti quantistici non è affatto una domanda banale: la vita non mostra comportamenti quantistici a livello macroscopico, ma molti processi che la caratterizzano sono governati dalla biologia quantistica; pertanto, in un certo senso, possiamo considerarci oggetti quantistici facenti parte dell'Universo.
15
Parisi, Matteo. "Operatori simmetrici massimali in meccanica quantistica." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2013. http://amslaurea.unibo.it/6088/.
Full textAbstract:
Si è proposto una serie di 4 assiomi per la MQ più deboli, e quindi più fondamentali, da
cui è possibile dedurre i concetti di misura di probabilità, equazione di Schrodinger e operatori
autoaggiunti, considerati i pilastri della MQ. Si è cercato di trovare le motivazioni
fisiche che rendevano necessaria la loro formulazione e si sono sviluppate le conseguenze
matematiche. In particolare ci si è focalizzati nel dimostrare che non a tutte le osservabili
possono essere associati operatori simmetrici definiti su tutto lo spazio di Hilbert, da cui
l’introduzione negli assiomi della MQ degli operatori simmetrici massimali densamente
definiti; il punto fondamentale è che da questi ultimi è stato provato che si può arrivare
alla corrispondenza biunivoca tra operatori autoaggiunti ed osservabili fisiche. Si è infine
dimostrato che la condizione che un operatore sia simmetrico massimale non implica che
esso sia autoaggiunto.
16
Fabbri, Francesco. "Metafore nell'apprendimento/apprendimento della fisica quantistica: una sperimentazione con docenti di liceo." Master's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2017. http://amslaurea.unibo.it/13503/.
Full textAbstract:
Oggetto di questa tesi è studiare come la metafora possa essere uno strumento didattico da utilizzare in classi di scuola secondaria di II grado, al fine di favorire l’appropriazione di concetti nuovi e astratti quali quelli che stanno alla base della fisica quantistica.
Per fare questo sono state scelte alcune metafore note nella letteratura divulgativa e didattica della fisica quantistica e sono state progettate e validate attività didattiche che le valorizzassero come strumento conoscitivo.
Il lavoro è stato articolato in tre fasi: una prima fase di validazione, da parte di un gruppo di esperti, delle metafore selezionate al fine di capire quali fossero le loro potenzialità concettuali e i loro limiti; una seconda fase di validazione delle attività con gli studenti del corso di Storia della Fisica della Laurea Magistrale in Fisica; infine, la sperimentazione delle attività con un gruppo di insegnanti di Liceo iscritti ad un corso di formazione PLS sulla fisica quantistica.
I dati raccolti e analizzati nella tesi riguardano: audio-registrazioni di interviste individuali semi-strutturate a 6 esperti; risposte a questionari e compilazione di griglie di analisi da parte degli studenti del corso di Storia della Fisica e dei docenti del corso PLS; audio-registrazioni di lavori di gruppi.
Lo studio mostra che l’utilizzo di metafore per illustrare fenomeni fisici non solo favorisce un consolidamento delle conoscenze e del formalismo, ma innesca anche una dinamica di gruppo molto vivace e creativa, soprattutto quando questa si orienta a discutere i limiti della metafora e la non corrispondenza tra i due sistemi confrontati attraverso la metafora.
17
Mariano, Antonio Lorenzo. "Computer e simulazioni quantistici." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2014. http://amslaurea.unibo.it/7707/.
Full textAbstract:
Lo studio di sistemi quantistici sta alla base di molti dei moderni sviluppi teorici e applicativi della Fisica. In questo scritto vogliamo studiare il funzionamento di simulatori e computer quantistici. I primi permettono di simulare l’evoluzione di un sistema quantistico in maniera controllata gli altri possono eseguire operazioni logiche su oggetti chiamati qubits. Andremo a studiare come ottenere un set universale di porte logiche quantistiche e le loro caratteristiche. Analizzeremo le differenze tra simulazione analogica(AQS) e digitale(DQS). Applicheremo quest’ultima a sistemi di particelle fermioniche e bosoniche in un reticolo.
18
Bandini, Michele. "Crittografia quantistica e algoritmo di Shor." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2018. http://amslaurea.unibo.it/17073/.
Full textAbstract:
In questo elaborato si cerca di dare un'idea di come funzioni un computer quantistico, portando come esempio l'Algoritmo di Shor per la fattorizzazione: si cerca di chiarirne la matematica e la fisica che vi stanno dietro e l'importanza applicativa e storica che ha avuto. Brevi cenni sull'odierna tecnologia dei calcolatori quantistici.
19
Dal, Maso Alessandro. "L' integrale funzionale in meccanica quantistica." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2018. http://amslaurea.unibo.it/16924/.
Full textAbstract:
La formulazione della meccanica quantistica che fa uso dell' integrale funzionale è un approccio intuitivo che ben complementa la formulazione standard. Le applicazioni sono presenti in molti settori, come per esempio in teoria quantistica dei campi, in
meccanica statistica e nella fisica dei sistemi condensati. Partendo da una generalizzazione dell' esperimento della doppia fenditura di Young vedremo, dopo aver esplorato le più immediate applicazioni del concetto, l'applicazione a due dei casi più comunemente trattati come primi approcci alla teoria quantistica. Poi esamineremo la connessione esistente tra questo strumento matematico e la topologia. Vedremo come l'integrale funzionale può essere utilizzato
per rappresentare la matrice di densità di un sistema, e infine affronteremo come risolvere un problema che emerge nella teoria perturbativa standard tramite l'uso degli istantoni nell'integrale funzionale.
20
Piani, Goffredo. "Sull'interferenza quantistica indotta dal potenziale gravitazionale." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2019. http://amslaurea.unibo.it/19167/.
Full textAbstract:
Con l’avvento della meccanica quantistica è emerso un nuovo parametro che non ha alcun equivalente nella meccanica classica. La fase di un’onda di materia. Essa è direttamente influenzata dal potenziale cui l’onda è sottoposta, dunque anche dal potenziale gravitazionale.
Colella, Overhauser e Werner in uno storico esperimento del 1975 ne introdussero una modalità di verifica che prevede un’interferometria su di un fascio di neutroni. Infatti, i due rami dell’interferometro, se soggetti a un livello differente di potenziale, producono una figura di interferenza.
In questa tesi sono trattati i vari fattori che influenzano gli esperimenti COW. A fianco degli effetti gravitazionali, vi sono quelli causati dalla rotazione terrestre, quelli dovuti alla deformazione del cristallo interferometrico e quelli introdotti dalla teoria della dynamical diffraction.
Infine viene descritta, una tra le tante, l’applicazione di questa tipologia di esperimenti nella verifica del principio di equivalenza in ambito quantistico.
21
Crescimanna, Valerio. "Il modello quantistico di Rabi." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2017. http://amslaurea.unibo.it/14075/.
Full textAbstract:
Nel 1936, nel corso della primavera della meccanica quantistica, Isidor Isaac Rabi investigò la versione semiclassica di un modello che adesso porta il suo nome. Il modello di Rabi descrive la più semplice interazione tra un atomo a due livelli e un'onda elettromagnetica monocromatica. A lungo, si è pensato che il modello quantistico di Rabi, in cui anche il campo è quantizzato, non avesse soluzioni esatte e pertanto gli è stato preferito
una versione approssimata e valida solo a determinate condizioni, il modello Jaynes-Cummings. Questo modello ha il vantaggio di essere più facilmente risolubile e in più le condizioni di applicabilità sono comunque verificate nella maggior parte dei regimi sperimentali. Nel 2011, tuttavia, è stata presentata una soluzione analitica al problema di Rabi, dimostrando così che il modello quantistico di Rabi è risolvibile esattamente.
In questa tesi, si introduce inizialmente l'hamiltoniana di Rabi che descrive il sistema, studiando separatamente i tre termini che la compongono: l'hamiltoniana atomica, l'hamiltoniana del campo e l'hamiltoniana di interazione. Si presentano successivamente
tre approcci risolutivi del problema: la soluzione attraverso la
trasformazione di Bogoliubov, la soluzione nello spazio di Bargmann-Fock e la soluzione in termini di funzioni confluenti di Heun. Infine si propongono tre generalizzazioni del modello tra le tante studiate negli ultimi anni: il modello di Rabi a due fotoni, il modello di Rabi anisotropo e il modello di Rabi asimmetrico.
22
Spadano, Stefano. "Implementazione di un algoritmo di ricerca quantistico." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2019. http://amslaurea.unibo.it/17687/.
Full textAbstract:
In questa tesi si è provato ad implementare un algoritmo di ricerca quantistico per 4 qubit con l'obiettivo di comprendere a fondo le caratteristiche peculiari che oggigiorno portano la comunità scientifica a voler sviluppare questo tipo di studi e applicazioni anche a livello diffuso.
La tesi presenta quattro sezioni distinte.
Nella prima parte della tesi si trova una introduzione al concetto di computazione quantistica e al concetto di qubit non dimenticando un piccolo background storico.
Successivamente si passa a descrivere il formalismo relativo all'operatore densità dato che questa trattazione è strettamente necessaria per comprendere il rumore quantistico e come questo agisce durante la manipolazione dell'informazione quantistica.
Nella terza parte si è discusso del funzionamento di un algoritmo di ricerca quantistico e di quali vantaggi questo possiede in confronto ad un algoritmo di ricerca classico; il problema computazionale a cui si riferiscono gli algoritmi in questiono è quello della ricerca di elementi in una base di dati (database).
Nell'ultima parte infine si mostrano alcuni risultati ottenuti durante l'esperienza con il software di programmazione per computer quantistici e la relativa esecuzione sia su simulatori equivalenti classici sia su hardware genuinamente quantistici basati su qubit superconduttivi e resi disponibili dalla piattaforma IBM Quantum Experience.
23
Accettola, Alessandra. "Tomografia quantistica: applicabilità e limiti." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2020. http://amslaurea.unibo.it/19973/.
Full textAbstract:
I presupposti alla base dell’analisi tomografica dei fenomeni quantistici furono presentati in primis da Fano nel 1957. Egli colse alcune esigenze fondanti per un approccio nuovo allo studio quantistico, ad esempio la necessità di effettuare molteplici misure su sistemi preparati identicamente per ricostruire lo stato di un sistema quantistico. La proposta che, però, diede inizio propriamente alla tomografia quantistica fu quella di Vogel e Risken. Quest’ultima consisteva nell’utilizzare gli stessi algoritmi dell’imaging per la ricostruzione di uno stato quantistico. In primo luogo verrà fatto un excursus sulla meccanica quantistica, si presenteranno gli stati coerenti e la rappresentazione di Bergmann-Fock. Dopodiché si procederà con l’affrontare l’associazione di Weyl. Tutte le strutture matematiche precedenti serviranno per il passaggio da tomografia classica a quantistica. Verranno quindi presentati il ragionamento e gli algoritmi alla base della ricostruzione della distribuzione di massa di un oggetto e quindi della tomografia classica. Dopodiché sarà posta attenzione sulla definizione della funzione di Wigner generalizzata, funzione corrispondente ad una quasi distribuzione, rilevabile sperimentalmente. Si presenterà, inoltre, la metodologia di rilevazione sperimentale. Infine, saranno presentati gli algoritmi di ricostruzione dello stato quantistico. L’ampliamento al dominio quantistico, al netto della necessità di strumenti matematici adeguati, avviene con le stesse modalità della tomografia classica. Per questo motivo e per la possibilità di definire osservabili sia classici che quantistici nello stesso spazio, si può dire che il vero raggiungimento della tomografia è nella comparazione efficace di stati classici e quantistici.
24
Stefanini, Lucia. "Corso-laboratorio pls "l'esperimento piu bello": Analisi di un'esperienza di insegnamento/apprendimento della fisica quantistica." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2013. http://amslaurea.unibo.it/6257/.
Full textAbstract:
In questo elaborato sono stati analizzati i dati raccolti nel Corso-Laboratorio “L’esperimento più bello”, realizzato nel periodo marzo-aprile 2013 nell'ambito delle attività del Piano Lauree Scientifiche del Dipartimento di Fisica e Astronomia di Bologna. Il Corso, frequentato da studenti volontari del quinto anno di Liceo Scientifico, era finalizzato ad introdurre concetti di Fisica Quantistica seguendo, come filo conduttore, l’esperimento di interferenza con elettroni singoli e le sue varianti. I principali dati considerati e analizzati riguardano le risposte degli studenti a questionari proposti a fine Corso per avere un riscontro sul tipo di coinvolgimento e sul livello di comprensione raggiunto.
L’analisi è stata condotta con l’obiettivo specifico di valutare come gli studenti si siano posti di fronte ad alcuni approfondimenti formali sviluppati per interpretare gli esperimenti e come abbiano colto i concetti trattati, ritenuti necessari per entrare nel “nuovo modo di vedere il mondo della quantistica”: il concetto di stato, sovrapposizione, ampiezza di probabilità, entanglement.
25
LAI, GIAMPAOLO. "L'insegnamento della meccanica quantistica nella scuola secondaria: fondamenti, problemi, proposte." Doctoral thesis, Università degli Studi di Cagliari, 2015. http://hdl.handle.net/11584/266375.
Full textAbstract:
Quantum mechanics isn’t just the theory that explains the atomic
and subatomic world, but also a great adventure of the human
thinking: since the beginning of the Twentieth Century it has deeply
changed the world view of scientists and philosophers. On these and
other reflections is based the importance of teaching modern physics
in the high school. By these considerations comes out a complicated
problem of research in physics education: the possibility and the way
we could teach modern physic in the period that comes before academic
studies. The problem has become more urgent since some latest
changes in the education law in Italy. The hypothesis of this project
of research is that teaching and learning of quantum mechanics meet
some obstacles that make difficult to implement the didactic proposals
developed by researchers. In the matter of students’ difficulties, are mainly studied the formal obstacles and the possibility of developing
didactic proposals with mathematic tools accessible for the
students. In the matter of teachers’ difficulties, is studied their view
of the problem, by means of an investigation into a teachers group
of a local high school and a wide investigation into a group who participated
in an important experience of nationwide training. From
the results of investigations arise very interesting reflections about
teachers training in modern physics education.
26
Murgia, Simone Claudio. "Calcolo degli effetti di gravità quantistica sull'evoluzione degli spettri inflazionari." Master's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2019. http://amslaurea.unibo.it/17961/.
Full textAbstract:
Lo scopo di questa tesi è di calcolare l'approssimazione al primo ordine in M_p^{-2} dell'equazione
di evoluzione della funzione di correlazione a due punti in presenza di effetti quantistici gravitazionali.
La forma di questa funzione di correlazione determina le proprietà degli spettri inflazionari.
Gli effetti studiati sono la conseguenza della quantizzazione dei gradi di libertà gravitazionali che descrivono il background (fattore di scala) e sono valutati per lo stato di vuoto e per una serie di stati eccitati.
L'equazione di evoluzione trovata per la funzione di correlazione verrà quindi risolta assumendo un'evoluzione tipo De Sitter.
Inoltre le conseguenze dell'ordinamento nella procedura di quantizzazione che conduce all'equazione di Wheeler-DeWitt verranno studiate.
27
Maraventano, Sara. "Meccanica classica e meccanica quantistica nel formalismo della geometria differenziale." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2014. http://amslaurea.unibo.it/7715/.
Full textAbstract:
Si fornisce un'introduzione al formalismo geometrico della meccanica classica e quantistica, studiando dapprima lo spazio delle fasi come varietà simplettica ricavando le equazioni di Hamilton. Si descrivono in seguito gli strumenti necessari per operare in uno spazio di Hilbert, i quali risultano più complessi di quelli utilizzati per descrivere lo spazio delle fasi classico. In particolare notiamo l'esigenza di definire anche una struttura riemanniana sugli spazi complessi per poter ivi definire il prodotto scalare, le parentesi e i commutatori simmetrici.
28
RAZZOLI, LUCA. "Quantum walk continui nel tempo per le tecnologie quantistiche: stima quantistica e modellizzazione di fenomeni di trasporto." Doctoral thesis, Università degli studi di Modena e Reggio Emilia, 2022. http://hdl.handle.net/11380/1271918.
Full textAbstract:
I quantum walk sono la controparte quantistica dei random walk classici e descrivono il moto di un walker quantistico confinato su posizioni discrete. La natura quantistica del walker conferisce loro caratteristiche peculiari, totalmente diverse da quelle classiche. Nel quantum walk continuo nel tempo (CTQW) lo stato del walker soddisfa l’equazione di Schrödinger ed evolve secondo l’Hamiltoniana data, tipicamente, dalla matrice Laplaciana. Quest’ultima è la rappresentazione matematica di un grafo, i cui vertici sono le posizioni permesse e gli archi i cammini consentiti. In realtà, qualsiasi Hamiltoniana che rispetta la topologia del grafo definisce un CTQW. I CTQW sono studiati in diverse aree di ricerca, dalla modellizzazione di fenomeni fisici alla comunicazione quantistica, dalla computazione quantistica universale allo sviluppo di algoritmi quantistici. Sperimentalmente, possono essere implementati su diverse piattaforme, quali computer quantistici NMR, atomi di Rydberg ultrafreddi in reticoli ottici, chip fotonici, catene di spin e qubit superconduttori. Questa tesi è uno studio teorico sui CTQW focalizzato sulla loro dinamica, libera o in presenza di perturbazioni esterne, e sul loro potenziale utilizzo come sonde in problemi di stima quantistica. Una sonda quantistica è un sistema fisico preparato in uno stato quantistico sensibile alle fluttuazioni di uno o più parametri. L’informazione di Fisher quantistica (QFI) è la quantità centrale della metrologia quantistica, in quanto stabilisce il limite ultimo alla precisione ottenibile nella stima di un parametro di interesse. Una QFI divergente corrisponde alla stimabilità ottimale. Abbiamo studiato CTQW generati dalla matrice Laplaciana e perturbati dal suo quadrato, in quanto questo termine introduce hopping a secondi vicini. Dopo aver analizzato l’evoluzione di un walker su grafi paradigmatici per connettività e simmetria, abbiamo determinato le preparazioni del walker e i grafi che massimizzano la QFI per la stima del parametro perturbativo. Inoltre, abbiamo analizzato i CTQW sulle tassellature regolari del piano Euclideo, mostrando che la propagazione non è universalmente balistica. Assumendo poi un walker dotato di carica, abbiamo inserito un campo magnetico uniforme perpendicolare e confrontato due definizioni dell’Hamiltoniana del CTQW: (i) l’introduzione dei fattori di fase di Peierls e (ii) la discretizzazione spaziale dell’Hamiltoniana originale nel continuo. Quindi, abbiamo utilizzato una particella carica (senza spin) su un reticolo quadrato finito come sonda per rilevare un campo magnetico localmente statico e perpendicolare, avanzando l’idea di magnetometria quantistica reticolare. Il nostro schema deriva dai CTQW, ma non ne sfrutta le proprietà dinamiche, basandosi su misure di stato fondamentale. Il sistema è di interesse come magnetometro quantistico, poiché fornisce una QFI non trascurabile e con picchi rilevanti per numerose configurazioni. Utilizzando il concetto di QFI e la teoria dei grafi, abbiamo valutato il ruolo della topologia sulle prestazioni termometriche di un dato sistema. Modellizzando il termometro come un insieme di vertici per il CTQW di un’eccitazione all’equilibrio termico, abbiamo trovato che una bassa connettività è una risorsa per realizzare termometri precisi a basse temperature, mentre sistemi altamente connessi sono adatti per temperature più elevate. Grafi con diversa topologia presentano anche proprietà diverse di trasporto. Per correlarle, abbiamo modellizzato i processi di trasporto come CTQW coerenti di un’eccitazione ed abbiamo calcolato analiticamente l’efficienza di trasporto per diversi stati iniziali e grafi. I nostri risultati suggeriscono che in generale la connettività non è un buon indice per l’efficienza di trasporto.Quantum walks are the quantum counterpart of classical random walks and describe the motion of a quantum walker when confined to discrete spatial locations. The quantum nature of the walker gives them peculiar features, totally different from the classical ones. In the continuous-time quantum walk (CTQW) the state of the walker obeys the Schrödinger equation and evolves under a Hamiltonian typically given by the Laplacian matrix. The latter is the mathematical representation of a graph, whose vertices are the allowed positions, and the edges the allowed paths. Actually, any Hamiltonian which respects the topology of the graph defines a CTQW, thus making CTQWs extremely versatile. CTQWs are investigated in several research areas, ranging from modeling of physical phenomena to quantum communication, from universal quantum computation to the development of quantum algorithms. Experimentally, they can be implemented on different platforms, e.g., NMR quantum computers, optical lattices of ultracold Rydberg atoms, photonic chips, spin chains, and superconducting qubits. This thesis is a theoretical study on CTQWs, with a focus on their dynamics, free or in the presence of external perturbations, and on their potential use as probes in quantum estimation problems. A quantum probe is a physical system prepared in a quantum state sensitive to fluctuations affecting one or more parameters of interest. The quantum Fisher information (QFI) is the central quantity in quantum metrology, as it establishes the ultimate bound on the achievable precision in estimating a parameter of interest. Diverging QFI corresponds to optimal estimability. We studied CTQWs generated by the Laplacian matrix and perturbed by its square, as this term introduces next-nearest-neighbor hopping. After investigating the evolution of a walker on paradigmatic graphs for connectivity and symmetry, we determined the walker preparations and the graphs that maximize the QFI for estimating the perturbation parameter. Moreover, we investigated CTQWs on the regular tessellations of the Euclidean plane, showing that the spread is not universally ballistic. Then, assuming a charged walker, we inserted a perpendicular uniform magnetic field and compared two approaches to define the CTQW Hamiltonian: (i) Introducing the Peierls phase-factors and (ii) spatially discretizing the original Hamiltonian in the continuum. Based on this, we used a charged (spinless) particle on a finite square lattice as a probe to detect a locally static transverse magnetic field, putting forward the idea of lattice quantum magnetometry. Our scheme finds its root in CTQWs, but it does not exploit their dynamical properties, being based on ground-state measurements. The system turned out to be of interest as a quantum magnetometer, providing non-negligible QFI with relevant peaks in a large range of configurations. Employing the concept of QFI and graph theory, we assessed the role of topology on the thermometric performance of a given system. Upon modeling the thermometer as a set of vertices for the CTQW of an excitation at thermal equilibrium, we found that low connectivity is a resource to build precise thermometers working at low temperatures, whereas highly connected systems are suitable for higher temperatures. Graphs with different topology also exhibit different transport properties. To correlate them, we modeled transport processes as coherent CTQWs of an excitation and we analytically assessed the transport efficiency for different initial states and graphs. Our results suggest that, in general, connectivity is a poor indicator for transport efficiency.
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VAIO, FRANCO. "Dalla matematizzazione dell'economia neoclassica alla fisica quantistica nei processi cognitivi. Certezze e crisi dell’idea di razionalità: dall’homo oeconomicus ai modelli quantistici della mente." Doctoral thesis, Università degli studi di Bergamo, 2014. http://hdl.handle.net/10446/30775.
Full textAbstract:
The origin of the idea of rationality as a fundamental model of human behaviour (the concept of homo oeconomicus) that was introduced during the neoclassical revolution in economics and that implied the mathematization of economics thereby adopting the mathematical scheme of and borrowing some fundamental conception from classical mechanics, as well as the crisis of this rationality model that followed in the latest decades are here discussed. The origin of the least action principle in 18th century is first described. The least action principle was the basis that lead to the development of Lagrangean dynamics in classical mechanics that, on its turn, entered economics in 19th century as a fundamental method to describe the behaviour of a postulated rational agent and was the basis for the development of mainstream economics in 20th century. The epistemologically unjustified transfer of concepts from mechanics, in particular in Walras’ work, is stressed. In the second half of 20th century experimental psychology slowly entered economics and several paradoxes in the real agents’ choices were shown giving strong evidence of rationality’s axioms violation in the real behaviour of people. By mid-20th century, quantum mechanics had already developed a highly effective mathematical apparatus to describe the wave-particle behaviour of quantum objects and in particular the phenomenon of probability interference that is clearly shown in the double-slit experiment with single electrons, as well as with photons. Probability interference is peculiar to quantum mechanics and is extraneous to the Kolmogorov axiomatic theory of classical probability. The recent idea of applying the quantum mechanics concepts and formalism, including quantum probability interference and superposition of states, to the description of mental processes is discussed. The aim of this new field of research, which is developing along the lines of the centuries-old question of the mind-body relation, is to create a general framework where cognition might be modeled. Quantum cognition is therefore introduced as a possible answer to the rationality violation paradoxes shown by experiments on ambiguous figures recognition and on the effects brought about by conjunction and disjunction of concepts.
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Bazzani, Mattia. "Formulazione della meccanica quantistica tramite integrali di cammino con applicazione al moto Browniano." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2021. http://amslaurea.unibo.it/24623/.
Full textAbstract:
In questa tesi si espone il formalismo degli integrali di percorso proposto da
Feynman per lo studio della meccanica quantistica. Dopo un breve ripasso dei
concetti fondamentali della teoria ondulatoria di Schrödinger si procede con
l’introduzione concettuale e formale del nuovo formalismo basato sull’integra-
zione sui cammini. In particolare si procederà a ricavare una nuova forma per
il propagatore quantistico utilizzando gli integrali sui percorsi. Si dimostra
poi l’equivalenza tra il formalismo proposto da Feynman ed il formalismo di
Schrödinger. Infine si presenta la stretta connessione esistente tra l’integrazio-
ne sui cammini ed il moto Browniano e quindi in particolare tra l’integrazione
sui cammini e l’integrazione di Wiener.
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D'Amico, Lia Giulia. "Il grafene e le sue applicazioni in computazione quantistica." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2020. http://amslaurea.unibo.it/21588/.
Full textAbstract:
Il grafene è un materiale estremamente promettente per lo sviluppo di nano-dispositivi e nano-strutture, date le sue sorprendenti proprietà elettriche e strutturali. In questo lavoro è stata studiata la realizzazione di un sistema per la computazione quantistica con un doppio quantum dot ibrido spin-valle, adoperando Graphene Nanoribbons con armchair edges (A-GNRs).
Nel primo capitolo vengono esposte le proprietà strutturali del reticolo esagonale del grafene e le proprietà elettriche, derivate dalla particolare struttura a bande di uno strato isolato di grafene. Vengono inoltre approfondite le due tipologie principali di GNRs, con zigzag o armchair edges.
Nel secondo capitolo viene introdotta la teoria alla base della computazione quantistica, definendo quali siano i criteri per ottenere la computazione universale.
Nel terzo capitolo si affronta il problema dell’effettiva realizzazione fisica di dispositivi per la computazione quantistica. In particolare viene mostrata la possibile implementazione di un quantum register, ovvero un sistema simile al classico shift register, ma con proprietà quantistiche, formato da doppi quantum dots (DQDs) ibridi. L’interesse è focalizzato sul realizzare un set universale di single-qubit gates e two-qubit gates per i DQDs, sfruttando un materiale come il grafene, in cui è possibile utilizzare come grado di libertà quello di valle, oltre quello di spin. Vengono mostrati i principali punti di forza dei DQDs con A-GNRs per la realizzazione di questa categoria di dispositivi e le fonti di rumore, nocive per la computazione quantistica.
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Baroni, Matilde. "I postulati della meccanica quantistica alla luce della teoria dell'informazione." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2020. http://amslaurea.unibo.it/21222/.
Full textAbstract:
In questa tesi presento tre formulazioni dei postulati della meccanica quantistica.
La prima, che possiamo definire classica, si rifà alla prima formalizzazione della meccanica quantistica di Von Neumann, basata sull'utilizzo di spazi di Hilbert.
La seconda formulazione che affronto è quella delle matrici densità, che in realtà è una semplice generalizzazione della precedente che nasce dalla esigenza sperimentale di poter descrivere stati parzialmente sconosciuti.
Entrambe queste enunciazioni identificano univocamente la meccanica quantistica, ma non ci sono principi fisici forti che le giustificano.
La sfida ora è cercare di capire il collegamento fisico tra questo particolarmente complesso formalismo matematico e la realtà quantistica.
È in questa direzione che si muove l'ultima proposta, che rifacendosi alla teoria dell'informazione rivede e ripresenta dei postulati della meccanica quantistica supportati da una forte intuizione fisica.
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ZENONI, NICOLO'. "Sviluppi nella complessità olografica e nell'informazione quantistica." Doctoral thesis, Università Cattolica del Sacro Cuore, 2022. http://hdl.handle.net/10280/131526.
Full textAbstract:
Nel contesto olografico, si ritiene che la complessità catturi l’interno di buchi
neri, superando i limiti dell’entropia di entanglement. Questa tesi discute l’interrelazione tra le due quantità, trattando aspetti della complessità negli
ambiti dell’informazione quantistica e dell’olografia.
La complessità quantifica la difficoltà nell’implementare un operatore o preparare
uno stato tramite operazioni elementari. Considerevole arbitrarietà emerge
dall’identificazione di operazioni con elevato costo computazionale. Per un
sistema di n qubit, rileviamo una scelta compatibile con un comportamento
caotico della complessità di operatori, richiesto per mimare l’interno di buchi
neri. Analizziamo poi la relazione tra complessità di operatori e stati mediante
il formalismo delle sommersioni Riemanniane.
Diversi candidati sono stati proposti come duale della complessità di stati:
il volume, l’azione gravitazionale, e il volume di spaziotempo di opportune
regioni. Specializzandoci su sottosistemi, esploriamo le congetture in varie
configurazioni statiche, deducendo che la complessità per sottosistemi e l’entropia
di entanglement contengono differente informazione. La medesima conclusione
si applica ad un modello olografico di quench globale, per il quale la complessità
di volume per sottosistemi evolve in maniera non monotòna, contrariamente
all’entropia di entanglement.
Infine, studiamo un esempio di quench locale per cui l’entropia di entanglement
risulta sufficiente a discernere tra diverse realizzazioni olografiche.In the holographic framework, complexity is supposed to capture the interior of black holes, overcoming the limitations of entanglement entropy. This thesis debates the interplay between the two quantities, covering complexity aspects in the quantum information and holographic realms. Complexity quantifies the hardness of implementing an operator or preparing a quantum state through elementary operations. Huge arbitrariness stems from the identification of operations with high computational cost. For an n-qubit system, we detect a choice compatible with exponential lower bounds and chaotic behavior of operator complexity, as required to mimic black hole interiors. Then, we analyze the relation between operator and state complexity using the formalism of Riemannian submersions. Several candidates have been proposed for the dual of state complexity: the volume, the gravitational action, and the spacetime volume of proper bulk regions. Specializing to subsystems, we explore the conjectures in various static settings, finding that subsystem complexity and entanglement entropy contain different information. The same conclusion holds for a holographic global quench, during which subsystem volume complexity evolves non-monotonically in time, contrary to entanglement entropy. Finally, we study an example of local quench in which entanglement entropy suffices to discern between diverse holographic realizations.
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Lodovico, Luca. "Processi di appropriazione nello studio della fisica quantistica: analisi di una sperimentazione didattica in una quinta liceo scientifico." Master's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2016. http://amslaurea.unibo.it/10308/.
Full textAbstract:
In questa tesi sono stati analizzati i dati raccolti nella sperimentazione di un percorso di fisica quantistica in una quinta liceo scientifico – indirizzo musicale, svolta nel periodo Marzo-Giugno 2015. Il percorso, progettato dai ricercatori in Didattica della Fisica del DIFA di Bologna, comprende una parte “genuinamente” quantistica sviluppata a partire dall’“Esperimento più bello della Fisica”. Il percorso è stato progettato sulla base dei criteri che definiscono l’appropriazione, costrutto che esprime un particolare tipo di apprendimento attraverso cui lo studente “fa proprio” un concetto.
L’analisi è stata condotta con l’obiettivo di osservare casi di appropriazione tra gli studenti e di rifinire il costrutto di appropriazione, valutando in particolare l’efficacia del questionario sociometrico, uno strumento appositamente progettato dall’autore di questa tesi per valutare una delle dimensioni di cui si compone il costrutto di appropriazione.
I principali dati analizzati per dare risposta agli obiettivi della tesi riguardano le risposte degli studenti a interviste realizzate alla fine del percorso scolastico, nonché gli esiti di altre attività appositamente progettate: svolgimento di un compito in classe, elaborazione di un tema scientifico, compilazione di questionari.
I risultati mostrano come si siano ritrovati tre punti molto delicati che possono ostacolare l’appropriazione: il tempo a disposizione, le dinamiche di classe e soprattutto il rapporto che hanno avuto gli studenti con i concetti quantistici del percorso. Tali fattori hanno portato reazioni molto diverse: chi è stato stimolato e questo ha favorito l’appropriazione, chi ha compreso la fisica quantistica ma non l’ha accettata, chi l’ha compresa e accettata senza troppi problemi, chi si è rifiutato di studiarla perché “troppo grande per sé”.
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Cassol, Francesco. "Il laser-l'origine quantistica, la struttura e qualche applicazione." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2019. http://amslaurea.unibo.it/19407/.
Full textAbstract:
Nella presente tesi si intende studiare ed evidenziare, sotto più punti di vista, i meccanismi laser, diffusissimi nella società moderna e dotati di molteplici applicazioni dal punto di vista scientifico, sia nell’ambito delle “scienze pure”, sia nello sviluppo di tecnologie mediche e industriali. Sarà definita in un primo momento l’origine intrinsecamente quantomeccanica di tali sorgenti luminose, rese possibili grazie al fenomeno dell’emissione stimolata, nel contesto dell’interazione radiazione-materia (Capitolo 1). Laser infatti è acronimo di light amplification by stimulated emission . Si passerà successivamente all’analisi dei meccanismi e le prerogative di funzionamento del laser stesso, introducendo il concetto di inversione di popolazione, necessario e fondamentale per ottenere l’amplificazione desiderata (Capitolo 2). Infine, si concluderà introducendo alcune moderne tecnologie laser e citandone qualche utilizzo in ambito spettroscopico (Capitolo 3). Ognuno dei capitoli ha una propria introduzione, che chiarisce i dettagli di ciò che verrà espresso. Alla fine del testo, dopo le conclusioni, è stata posta un’appendice, che contiene alcuni calcoli che non sono stati riportati nel corpo centrale della trattazione per rendere la lettura più fluida e non troppo appesantita.
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Bardazzi, Alessia. "Sistemi a due stati." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2020. http://amslaurea.unibo.it/19958/.
Full textAbstract:
I sistemi a due stati sono una modellizzazione particolarmente semplice di sistemi quantistici realistici. Utilizzando il formalismo di Pauli si studiano tali sistemi risolvendone l’equazione di Schroedinger e calcolandone autovalori ed autostati energetici anche tramite metodi perturbativi. In particolare vengono studiati l’effetto Stark, la risonanza magnetica nucleare e il modello di Rabi di un atomo nel campo elettromagnetico di un laser.
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Albarelli, Francesco. "Nonlinearity as a resource for nonclassicality." Master's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2015. http://amslaurea.unibo.it/8300/.
Full textAbstract:
Lo scopo di questo lavoro è cercare un'evidenza quantitativa a supporto dell'idea idea che la nonlinearità sia una risorsa per generare nonclassicità. Ci si concentrerà su sistemi unidimensionali bosonici, cercando soprattutto di connettere la nonlinearità di un oscillatore anarmonico, definito dalla forma del suo potenziale, alla nonclassicità del relativo ground state.
Tra le numerose misure di nonclassicità esistenti, verranno impiegate il volume della parte negativa della funzione di Wigner e l'entanglement potential, ovvero la misura dell'entanglement prodotto dallo stato dopo il passaggio attraverso un beam splitter bilanciato avente come altro stato in ingresso il vuoto. La nonlinearità di un potenziale verrà invece caratterizzata studiando alcune proprietà del suo ground state, in particolare se ne misurerà la non-Gaussianità e la distanza di Bures rispetto al ground state di un oscillatore armonico di riferimento. Come principale misura di non-Gaussianità verrà utilizzata l'entropia relativa fra lo stato e il corrispettivo stato di riferimento Gaussiano, avente la medesima matrice di covarianza.
Il primo caso che considereremo sarà quello di un potenziale armonico con due termini polinomiali aggiuntivi e il ground state ottenuto con la teoria perturbativa. Si analizzeranno poi alcuni potenziali il cui ground state è ottenibile analiticamente: l'oscillatore armonico modificato, il potenziale di Morse e il potenziale di Posch-Teller. Si andrà infine a studiare l'effetto della nonlinearità in un contesto dinamico, considerando l'evoluzione unitaria di uno stato in ingresso in un mezzo che presenta una nonlinearità di tipo Kerr.
Nell'insieme, i risultati ottenuti con tutti i potenziali analizzati forniscono una forte evidenza quantitativa a supporto dell'idea iniziale. Anche i risultati del caso dinamico, dove la nonlinearità costituisce una risorsa utile per generare nonclassicità solo se lo stato iniziale è classico, confermano la pittura complessiva.
Si sono inoltre studiate in dettaglio le differenze nel comportamento delle due misure di nonclassicità.
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Mega, Gianluca. "Sistemi quantistici a due stati." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2022. http://amslaurea.unibo.it/25331/.
Full textAbstract:
Un sistema a due stati -o a due livelli- è un modello
teorico elementare della fisica quantistica, che, oltre ad
avere un’importanza didattica, descrive esattamente alcune
situazioni sperimentali con notevoli risvolti applicativi: dalla
risonanza magnetica in campo medico fino al Qubit in
informatica quantistica. In generale un sistema a due stati
è un sistema che può quantisticamente esistere ed evolvere
come sovrapposizione di soli due stati indipendenti. Un
naturale esempio di sistema a due stati è ogni particella
quantomeccanica di spin-1
2 . Una misura dello spin della
particella porta infatti sperimentalmente a soltanto due
possibili valori, corrispondenti a due soli stati indipendenti.
La particella di spin-1
2 rappresenta perciò in fisica il sistema a
due stati per antonomasia. Eppure ogni sistema quantistico
(si pensi all’oscillatore armonico) con energia non sufficiente
ad andare oltre il primo stato eccitato può certamente essere
modellizzato come sistema a due stati, da identificarsi con il
livello fondamentale e il primo livello eccitato. Introducendo
dapprima il formalismo matematico di Pauli per gli operatori
-in particolare per l’operatore Hamiltoniano- saremo poi
in grado di applicare i risultati teorici al modello per
la molecola H+2 e per l’effetto Stark, nonché a spiegare
fenomeni importanti come la Risonanza Magnetica Nucleare,
e l’assorbimento atomico di energia luminosa.
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CAPONIGRO, MICHELE. "Alla Ricerca del Reale: la Meccanica Quantistica." Doctoral thesis, Università degli studi di Bergamo, 2017. http://hdl.handle.net/10446/77154.
Full textAbstract:
Starting from a critical essay on interpretations of quantum mechanics,this thesis will focus on informational approach to quantum foundations. In the second part of thesis, in order to explain the nature of quantum physics, we argue about the assumption that information can be considered the primitive "object".We retain instead that, at the deeper level, the counterintuitive nature of entanglement play a fundamental role. In the last section we argue that all quantum states exhibit a uniquely objective nature: all particles are in entangled states.
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Perri, Aldo. "Macchina di Turing: modello classico e quantistico." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2021. http://amslaurea.unibo.it/24663/.
Full textAbstract:
In questo elaborato viene discusso il modello teorico computazionale conosciuto come macchina di Turing, formulato nella sua versione classica da Alan Turing nel 1936, dando il via alla moderna teoria computazionale. Viene esposta anche la sua versione nel contesto della teoria quantistica, seguendo principalmente il lavoro del fisico David Deutsch che nel 1985 formalizza la macchina di Turing quantistica, primo modello computazionale basato sui risultati della meccanica quantistica. Si analizzano le principali proprietà di un calcolatore quantistico universale, mettendo in mostra come sia possibile ottenere generazioni di numeri casuali, simulare sistemi fisici arbitrari e sfruttare il principio di sovrapposizione degli stati per effettuare computazioni parallele.
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Dalmonte, Sara. "Particelle e stringhe relativistiche." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2020. http://amslaurea.unibo.it/21586/.
Full textAbstract:
Il seguente elaborato tratta la teoria delle stringhe nella sua formulazione più semplice e antica. Nate per altri scopi, all’inizio degli anni ’80 la comunità scientifica tornò ad interessarsi alle stringhe perché potenzialmente adatte per formulare una teoria di gravità quantistica. Come loro modo di vibrazione infatti emerge naturalmente il mediatore dell’interazione gravitazionale, detto gravitone. Si propone così una possibile via per conciliare il mondo macroscopico della relatività generale di Einstein con quello microscopico della meccanica quantistica. Questa potente teoria ha però alcuni punti deboli tra cui la mancanza di verificabilità sperimentale, con la tecnologia odierna e la predizione di particelle superluminali come il tachione.
Nello specifico verrà trattata la dinamica libera relativistica di particelle puntiformi e stringhe. Inoltre si mostrerà come dai campi elettromagnetici e gravitazionali sia possibile ottenere rispettivamente gli stati di fotone e di gravitone. In particolare, per quest’ultima particella, si svilupperà l’identificazione con lo stato vibrazionale della stringa chiusa, quantizzata nel gauge cono-luce.
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Conigli, Alessandro. "Informazione quantistica e decoerenza: il caso dei qubit in centri NV." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2016. http://amslaurea.unibo.it/11483/.
Full textAbstract:
Lo scopo di questa tesi triennale è quello di fornire un'introduzione ad alcuni concetti della computazione quantistica e comprenderne i fenomeni fisici che ne stanno alla base, dall'idea astratta di qubit fino ai più recenti studi sui centri NV, passando attraverso appropriati strumenti matematici.
Recentemente si è realizzato che l'uso delle proprietà della meccanica quantistica può migliorare drasticamente le velocità di calcolo.
È quindi cresciuto l'interesse nel campo dell'informazione quantistica.
Tra le principali difficoltà vi è il fenomeno della decoerenza, responsabile della distruzione degli stati di sovrapposizione quanto-meccanici.
Studiamo la dinamica dei sistemi quantistici aperti, soffermandoci sugli aspetti della loro evoluzione rilevanti nel passaggio dal mondo quantico al classico. A tal fine, e per una migliore comprensione della decoerenza, ricaviamo l'equazione master cui deve obbedire la matrice di densità nel noto modello di Jaynes-Cummings per l'interazione ambiente-sistema.
In particolare, descriviamo come un ristretto set di manipolazioni sul sistema ci permetta di proteggerlo dalla decoerenza e come tale tecnica, detta disaccoppiamento dinamico, si rivela un utile strumento per la realizzazione di gates quantistici nel caso dei qubit implementati sfruttando i cosiddetti centri NV del diamante.
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Pepiciello, Martina. "Supersymmetric quantum mechanics and applications." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2019. http://amslaurea.unibo.it/18379/.
Full textAbstract:
La tesi contiene un'introduzione alla Meccanica Quantistica Supersimmetrica e alle sue possibili applicazioni nella risoluzione di problemi tipici della Meccanica Quantistica. Dopo una breve discussione sulle origini della Meccanica Quantistica Supersimmetrica, vengono introdotte le superalgebre di Lie, che costituiscono l'apparato matematico necessario per lo sviluppo di questo argomento. Viene poi implementato e studiato il modello con N=2 cariche di supersimmetria in 0+1 dimensioni, affrontando anche il concetto di rottura spontanea di supersimmetria e l'indice di Witten. In seguito, vengono discusse alcune applicazioni di questo modello, ovvero la catena di Hamiltoniane, i potenziali invarianti in forma e la costruzione di una famiglia di potenziali isospettrali. La tesi si conclude con esempi espliciti di tali applicazioni, in cui i metodi della Meccanica Quantistica Supersimmetrica vengono usati per risolvere alcuni problemi unidimensionali.
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MURATORI, MAURIZIO. "Approcci numerici alla teoria quantistica dei campi in spazio curvo." Doctoral thesis, Università degli studi di Modena e Reggio Emilia, 2022. http://hdl.handle.net/11380/1271919.
Full textAbstract:
Un pilastro dello studio moderno della fisica teorica è certamente la teoria quantistica dei campi, poiché un numero sempre maggiore di problemi fisici sono formulati e affrontati secondo la QFT. Di fatti, essa è pensata come un paradigma rispetto al quale diverse teorie fisiche sono proposte e sviluppate. Uno di questi scenari è quello della formulazione a linea di mondo della QFT, che costituisce il soggetto principale di questa tesi. Il formalismo a linea di mondo permette di esprimere quantità di interesse della QFT (propagatori, azioni efficaci, ampiezze di scattering) in termini di integrali sui cammini quantomeccanici che correlano tali osservabili al comportamento di diverse particelle quantomeccaniche. Questi modelli, chiamati modelli-sigma, sono largamente studiati da anni da una prospettiva analitica, fornendo validi risultati, in particolare quando la particella è accoppiata a compi esterni, come campi di gauge, la gravità, ecc. In presenza di accommpiamenti con il campo gravitazionale, cioè nello spazio curvo, la quasi totalità di risultati analitici ha coinvolto un approccio perturbativo. In generale, tentativi di ottenere risultati non perturbativi hanno portato allo sviluppo di interpretazioni numeriche del formalismo a linea di mondo. Il condidato principale di queste strategie è il cosiddetto Worldline Monte Carlo (WLMC), per cui diversi algoritmi numerici sono stati sviluppati: l'idea chiave è approssimare l'integrale sui cammini di una particella puntiforme con un insieme discreto di cammini discretizzati e campionati numericamente secondo routine Monte Carlo. In questa tesi vedremo questo metodo in azione, fornendo prima una serie di calcoli analitici di alcune rilevanti quantità di QFT, per poi focalizzarci sulla parte numerica, cioè su calcoli basati sull'approccio WLMC in spazi piatti e curvi.A pillar for the modern study of theoretical physics is certainly quantum field theory (QFT), since an always increasing number of physical problems are formulated and approached according to QFT. Actually, more than a theory it is thought as a paradigm on top of which different physical theories are proposed and developed. One of these scenarios is the worldline formulation of QFT, which is the main subject of the present thesis. The worldline formalism allows to write QFT quantities of interest (propagators, effective actions and scattering amplitudes) in terms of quantum mechanical path integrals which ultimately correlate such observables to the behaviour of different quantum mechanical particles. These models, called sigma-models, have been extensivily studied for years from an analytical perpective, providing valid results, particularly when the particle is coupled to external fields, i.e. vector gauge fields, gravity, etc. In the presence of gravitational couplings, i.e. in curved spacetimes, the almost totality of analytic results involved a perturbative approach. In general, attempts to reach non-perturbative results have led to the development of numerical interpretations of the worldline formalism. The main candidate of these strategies is the so called Worldline Monte Carlo, for which several numerical algorithms have been developed: the key idea is to approximate the path integral of a point particle with a discrete set of discretized paths sampled numerically according to Monte Carlo based routines. In this thesis we will see this method in action, providing first a series of analytical calculations of some QFT relevant quantities, and then we will focus on the numerical part, that is computations based on the WLMC approach in flat and curved spaces.
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Mangialardi, Francesco. "Osservare aspetti quantistici della gravità in laboratorio tramite sistemi entangled." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2021. http://amslaurea.unibo.it/24619/.
Full textAbstract:
Come ben noto, uno dei più rilevanti problemi aperti della fisica moderna è riuscire a stabilire se anche la gravità, come le altre interazioni fondamentali, possieda o meno caratteristiche quantistiche. La ricerca teorica in questo campo è frammentata in più linee di pensiero, e ad oggi ancora nessun esperimento è stato in grado di trarre conclusioni sulla natura quantistica della gravità.
In questo elaborato vengono presentate due recenti proposte di esperimenti, una pubblicata da Chiara Marletto e Vlatko Vedral e l'altra da Sougato Bose e collaboratori, che permetterebbero finalmente di riuscire a discriminare se la gravità sia un mediatore classico o meno sfruttando le proprietà dell'entanglement quantistico. Dopo aver fornito una analisi approfondita dei risultati teorici su cui i due esperimenti sono fondati, si descrive la loro possibile implementazione sperimentale. Si conclude esponendo l'interpretazione dei fenomeni coinvolti data dalla teoria della relatività generale, e presentando poi alcune speculazioni sulla possibilità di osservare anche la discretizzazione del tempo attraverso questo tipo di esperimenti. Come complemento alla trattazione, sono stati inoltre inseriti due capitoli iniziali contenenti una introduzione storica allo studio sperimentale della gravità quantistica e un approfondimento teorico sul fenomeno dell'entanglement.
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Longino, Brando. "Entanglement: dai postulati della meccanica quantistica al teorema di Bell." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2017. http://amslaurea.unibo.it/14595/.
Full textAbstract:
In questo lavoro di tesi vengono presentati inizialmente i postulati della meccanica quantistica,
passando poi alla descrizione di stati tramite vettori in uno spazio di Hilbert e,
successivamente, alla descrizione tramite l’operatore densità associato al sistema. Introducendo
quindi i concetti di qubit e di decomposizione di Schmidt, si mostra il fenomeno
chiamato Entanglement, illustrando alcuni esempi. Nel quinto capitolo viene trattata
l’Entropia di Von Neumann come stumento per quantificare l’Entanglement di un sistema,
mentre nel sesto si discute il problema del paradosso EPR, accompagnato
dal teorema di Bell. Viene presentato infine uno degli eseprimenti di Aspect,
prova sperimentale della non validità della teoria a varibili nascoste locali di cui Einstein,
Podolski e Rosen furono sostenitori.
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Rocci, Alessio. "La storia della Gravità Quantistica: Dalla nascita della Relatività Generale al secondo dopoguerra (1915-1945)." Doctoral thesis, Università degli studi di Padova, 2015. http://hdl.handle.net/11577/3424209.
Full textAbstract:
A theory that reconciles the deepest theory of gravitation available, i.e. General Relativity, with Quantum Mechanics is still not available. In spite of this fact, the search for a theoretical framework that can unify these two far apart views began a hundred years ago, in 1915, with the birth of Einstein's theory, in a historical period in which, more than today, it was not possible to submit this theoretical model to a experimental verification. The main objective of this thesis is to develop a historical reconstruction of these first attempts, from 1915 to 1945, starting with an analysis of the primary sources, published in the journals of the time. The thesis research would like to underline how the drive towards the unification of the two theoretical frameworks has always been present, and it wants to bring out the fact that the various formulations have evolved in turn stimulated by the progressive extension of the concept of quantization. Among all attempts published in the scientific journals of the period, the thesis examines in more detail the works of some authors, because they represent more complex contributions, regardless of the degree of resonance they have had in the following years. In addition to these approaches, other attempts have been also described briefly. If the main theme is the quantization of the gravitational force, it emerges the fact that there are many roads examined by scientists working in this area at this time. It is therefore difficult, if not impossible, to bring the various contributions to an orderly succession. To remedy this fragmentation, which otherwise is a matter of fact for the research in this area between 1915 and 1945, we present a detailed chronology at the end of each chapter.Una teoria che concili la più profonda teoria della gravitazione disponibile, cioè la Relatività Generale, con la Meccanica Quantistica è ancora oggi non disponibile. Eppure, la ricerca di un quadro teorico che possa unificare queste due visioni molto distanti tra loro è cominciata cento anni fa, nel 1915, con la nascita della teoria di Einstein, in un periodo storico nel quale, più di oggi, non era possibile sottoporre tale ipotetico quadro teorico ad una qualche verifica sperimentale. Questo lavoro di tesi ha come obiettivo principale quello di sviluppare una ricostruzione storica di questi primi tentativi, dal 1915 al 1945, partendo dall'analisi delle fonti primarie reperite nelle riviste dell'epoca. La ricerca mette in luce come la spinta verso l'unificazione dei due quadri teorici sia sempre stata presente, e fa emergere il fatto che le varie formulazioni si sono evolute di volta in volta stimolate dalla progressiva estensione del concetto stesso di quantizzazione. La tesi analizza in maniera più dettagliata i lavori di alcuni autori, perché rappresentano approcci più articolati, indipendentemente dal grado di risonanza avuta negli anni successivi. Oltre a questi approcci, sono stati descritti brevemente anche gli altri tentativi presenti nelle riviste scientifiche prese in considerazione. Se il filo conduttore è la quantizzazione della forza gravitazionale, è per altro evidente che molti sono i filoni presi in esame dagli scienziati che lavorano in questo ambito in questo periodo. È quindi difficile, se non impossibile, ricondurre i vari contributi a una successione ordinata. Anche per ovviare a questa frammentarietà, che per altro è un dato di fatto delle ricerche nel settore tra il 1915 e il 1945, alla fine di ogni capitolo viene presentata la cronologia degli autori e dei loro contributi relativamente al periodo storico preso in esame.
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Monaco, Luca. "Introduzione al determinismo." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2019. http://amslaurea.unibo.it/19171/.
Full textAbstract:
In questo lavoro di tesi ci si concentra sul problema del determinismo nel mondo della
fisica. Il primo capitolo è dedicato a vari tentativi di definire il determinismo; si parte da
definizioni puramente empiriche fino ad arrivare, in un graduale processo costitutivo, a
quella coinvolgente il concetto di mondi possibili che risulta soddisfacente. Nel secondo
capitolo si analizza il problema del determinismo nella fisica classica, introducendo brevemente
lo spazio-temo classico e trattando poi diversi casi fisici di interesse. Nel terzo
capitolo si discutono le implicazioni che la struttura dello spazio-tempo di Minkowski ha
sul determinismo nel caso della relatività ristretta e si accennano alcune considerazioni
sulla relatività generale. Nel quarto ed ultimo capitolo, infine, è trattato il problema
del determinismo nel caso della meccanica quantistica, analizzando in particolare il
significato di una misurazione e le implicazioni del collasso della funzione d’onda.
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Benedetti, Alessandro. "Introduzione alla Teoria Quantistica dei Campi: Spazi di Fock e il modello." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2019. http://amslaurea.unibo.it/18314/.
Full textAbstract:
La QFT è una teoria nata in ambito fisico per risolvere alcuni problematiche della teoria quantistica delle particelle, dando risultati sorprendenti. Nasce come teoria effettiva a cui fu successivamente necessario dare un rigore matematico. In generale le strutture matematiche teorizzate non risultano adeguate a modellare un ampio spettro di sistemi fisici. Esistono tuttavia dei modelli “giocattolo” perfettamente coerenti per i quali sono stati creati strumenti molto interessanti ed efficaci, come ad esempio gli spazi di Fock.
In questa tesi oltre a una presentazione dettagliata degli spazi di Fock verrà descritto un esempio non banale della loro applicazione: il modello interattivo e ristretto ad una
sola dimensione spaziale
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Lumia, Luca. "Quantizzazioni inequivalenti: gli effetti della topologia in meccanica quantistica." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2018. http://amslaurea.unibo.it/16368/.
Full textAbstract:
Si discutono i problemi legati alla quantizzazione di un sistema il cui spazio delle configurazioni non è semplicemente connesso. Dopo aver introdotto alcuni concetti preliminari di topologia algebrica, viene descritta la procedura per portare a termine tale quantizzazione, mostrando che, in generale, si ottengono funzioni d’onda polidrome e che allo stesso sistema classico possono corrispondere più quantizzazioni inequivalenti. Infine si mostrano alcune applicazioni, fra cui il caso importante dei sistemi di particelle identiche.