Sopra un esbmpio di trattazione quantistioa di un fenomeno di intereerenza

Enrico Fermi

Carmen Tunno, Andrea Bacci

Marco Armoni

Dentro un computer quantistico superconduttivo è un volume introduttivo e divulgativo dedicato ai principi fisici e ingegneristici che rendono possibile la realizzazione di un qubit superconduttivo. Il testo accompagna progressivamente il lettore dall’elettronica classica alla computazione quantistica, mostrando come componenti familiari quali condensatori, induttori e circuiti risonanti possano diventare, quando vengono portati nel regime quantistico, gli elementi di base per la costruzione di sistemi artificiali capaci di rappresentare ed elaborare informazione quantistica. Il percorso prende avvio dal circuito LC e dal concetto di oscillatore armonico, per introdurre successivamente la quantizzazione dell’energia e la struttura a livelli dell’oscillatore quantistico. Viene quindi analizzato il limite fondamentale dell’oscillatore armonico come possibile qubit, determinato dall’equidistanza dei suoi livelli energetici, e viene introdotta la giunzione Josephson quale elemento non lineare in grado di produrre l’anarmonicità necessaria alla selezione delle transizioni quantistiche. La trattazione conduce quindi alla struttura e al funzionamento del transmon, illustrando il ruolo della capacità di shunt, dell’energia di carica e dell’energia Josephson e il compromesso progettuale tra riduzione della sensibilità al rumore di carica e conservazione di una sufficiente anarmonicità. I due livelli energetici inferiori del transmon vengono infine interpretati come spazio computazionale del qubit, descrivendo il ruolo degli impulsi a microonde nel controllo coerente degli stati e il problema delle transizioni indesiderate verso i livelli superiori. Il volume adotta un approccio prevalentemente discorsivo e concettuale, limitando il formalismo matematico e accompagnando la trattazione con illustrazioni e schemi scientifici originali. L’obiettivo è rendere comprensibile la continuità esistente tra elettronica classica, superconduttività, meccanica quantistica e ingegneria dei qubit, offrendo al lettore una visione organica del percorso che conduce da un semplice circuito elettrico a un qubit superconduttivo controllabile.

Giuseppe E. Santoro, Erio Tosatti, Giancarlo Sturloni

Doménico Fiormonte

Enrico Turetta

Il “problema della misura” viene affrontato considerando il necessario accoppiamento tra sistema da osservare e apparato di misura, rendendo il sistema stesso aperto ad un certo ambiente. Un sistema aperto subisce decoerenza, ovvero la scomparsa di alcuni elementi non diagonali della matrice densita che ne descrive lo stato. Dopo aver mostrato che la decoerenza e’ equivalente ad un’acquisizione di informazione sul sistema da parte dell’ambiente, discutiamo la possibilita di fornirne una trattazione dinamica. Sono, quindi, proposti due modelli tali da descrivere la dinamica dei sistemi aperti, uno in approssimazione Markoviana e uno non-Markoviana, evidenziando sotto quali ipotesi aggiuntive tali modelli possono descrivere un processo dinamico di misura ideale di prima specie. Infine, discutiamo l'irreversibilita di un tale processo per mezzo della produzione di Entropia durante lo stesso, mostrando come cio e’ in accordo con una corretta descrizione dinamica di una misura ideale irreversibile.