SOMMARIO. Esistono fenomeni fisici come la decoerenza, il rumore, la misura effettuata nel mezzo del processo computazionale, che difficilmente possono essere interpretati attraverso il paradigma quantistico standard. In un processo computazionale, una qualsiasi interazione del sistema con l’ambiente causa un’inevitabile perdita di informazione che rende il processo stesso irreversibile. Per tener conto di situazioni di questo tipo, la computazione quantistica ha recentemente adottato un nuovo approccio che si spinge oltre a quello standard. Lo scopo di questo articolo `e quello di riassumere in maniera descrittiva (evitando di entrare in dettagli tecnici) i caratteri principali di questo nuovo approccio e analizzarne qualche possibile applicazione.
SOMMARIO. Esistono fenomeni fisici come la decoerenza, il rumore, la misura effettuata nel mezzo del processo computazionale, che difficilmente possono essere interpretati attraverso il paradigma quantistico standard. In un processo computazionale, una qualsiasi interazione del sistema con l’ambiente causa un’inevitabile perdita di informazione che rende il processo stesso irreversibile. Per tener conto di situazioni di questo tipo, la computazione quantistica ha recentemente adottato un nuovo approccio che si spinge oltre a quello standard. Lo scopo di questo articolo `e quello di riassumere in maniera descrittiva (evitando di entrare in dettagli tecnici) i caratteri principali di questo nuovo approccio e analizzarne qualche possibile applicazione.
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.
Il processo di decoerenza, introdotto negli anni ‘50 durante le prime trattazioni del Problema della Misura, consiste nella soppressione spontanea, ossia non dovuta ad un processo di misura, dei termini di interferenza presenti nella funzione d’onda quantistica, principalmente a causa dell’interazione del sistema con l’ambiente. Questo fenomeno ha portato negli anni ad importanti sviluppi nelle teorie interpretative della Meccanica Quantistica.
In questa tesi si analizzeranno l’introduzione del concetto di decoerenza, del formalismo delle storie consistenti e la sua modellizzazione principale. Si vedranno le sue implicazioni in alcune delle principali interpretazioni della Meccanica Quantistica: l’interpretazione di Copenaghen, l’interpretazione di Von Neumann e quella di Everett. Si parlera inoltre del suo ruolo nella spiegazione dell’emersione della classicita dal “mondo quantistico.
Gli organismi viventi, dal punto di vista termodinamico, sono simili a dei sistemi aperti, che operano lontano dall’equilibrio. Infatti, i processi metabolici della vita si basano su continui flussi interni e scambi di energia, materia e informazioni degli organismi con l’ambiente circostante. Ad un livello fisico più profondo, tuttavia, questi scambi sono mediati da oscillazioni quantistiche ondulatorie che comprendono, ad esempio: oscillazioni meccaniche, elettromagnetiche, nucleari e termiche. Anche il vuoto, secondo la Teoria Quantistica dei Campi (Quantum Field Theory – QFT), è sede di inarrestabili fluttuazioni quantistiche. Alla luce di questo, è ragionevole sostenere che gli organismi viventi sono sistemi aperti lontani non solo dall’equilibrio termodinamico, ma anche dall’equilibrio quantistico. Questo determina ed influenza anche i diversi livelli di coscienza degli organismi viventi. L’articolo propone un modello della coscienza degli organismi viventi, basato su un approccio più ampio rispetto a quello della Meccanica Quantistica e della QFT: questo nuovo approccio si propone infatti di considerare i processi della coscienza, oltre l’equilibrio quantistico, caratteristica fondamentale della vita. Il modello di coscienza proposto fa leva sulla teoria di de Broglie-Bohm che ha portato alla definizione del campo e potenziale quantistico: in particolare, la coscienza viene definita come un campo quantistico, il cui potenziale associato viene elaborato dall’organismo vivente, come informazione attiva. In analogia con il campo quantistico della teoria di de Broglie-Bohm per la materia inanimata, anche il campo quantistico della coscienza della materia vivente non ha sorgenti e la sua forma o curvatura ha più importanza fisica dell’ampiezza: in particolare, si propone che tale curvatura sia associata a condensazioni dei bosoni di Nambu Goldstone (come previsto dalla QFT) a seguito di rotture di simmetria di tale campo.
In questo articolo viene analizzata una procedura per la modellizzazione e simulazione di sistemi quantistici di particelle identiche non interagenti. In particolare, viene illustrato un algoritmo numerico che si dimostra in grado di prendere in considerazione gli effetti quantistici di indistinguibilità delle particelle identiche, in generale, e del Principio di Pauli per i fermioni. I risultati delle simulazioni condotte, per semplicità, su sistemi bidimensionali, permettono di rendere conto delle principali proprietà termodinamiche di diverse tipologie di sistemi (classici e quantistici) evidenziandone, al tempo stesso, analogie e differenze.
Questo articolo trae ispirazione dal modello della coscienza come campo quantistico descritto in [1] e ne estende la prospettiva da punto di vista psico-analitico. In particolare, modello di coscienza adottato è basato sull'estensione, per gli esseri viventi, della teoria di de Broglie – Bohm: il potenziale di coscienza associato a tale campo è definito come un'informazione quantistica attiva (denominato onda pilota della vita) che organizza e dirige la vita di un organismo attraverso processi di rottura della simmetria, come descritti dalla Teoria Quantistica dei Campi [2]. Inoltre, tale informazione attiva (associabile alla curvatura del campo di coscienza) si dimostra essere espressione di condensazioni dei bosoni di Nambu Goldstone derivanti dalle suddette rotture di simmetria. In particolare, il contributo di questo articolo riguarda l’idea che l’organismo vivente crei e percepisca delle corrispondenze tra delle “immagini interiori” e le dinamiche dell’onda pilota della vita (estensione del concetto di potenziale quantistico), ovvero di quella informazione quantistica attiva che organizza e dirige la sua vita. In questo caso il concetto di immagine va inteso in senso allargato. Le immagini sono viste come emozioni, sensazioni, simboli, archetipi... che a loro volta corrispondono, dal punto di vista della fisica quantistica, a condensazioni dei bosoni di Nambu Goldstone.
La tesi ha lo scopo di approfondire il tema della computazione quantistica. Il candidato dovra studiare un'introduzione al modello circuitale di computaizone quantistica e approfondire l'approccio di adiabatico.
Grazie al Teorema Adiabatico e possibile implementare una computazione partendo dal ground state di un'Hamiltoniana semplice e facendo variare l'Hamiltoniana in manera adiabatica verso una configurazione di cui non si consce il ground state. Lo studente dovra studiare come questo approccio permette di realizzare un computer quantistico.