Teoria dei quanti: Un approccio all'elaborazione dell'informazione

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Titolo originale:

Quantum Theory: An Information Processing Approach

Contenuto del libro:

I recenti progressi della tecnologia quantistica - dai computer e simulatori quantistici alle comunicazioni sicure e alla metrologia - non solo hanno aperto un mondo completamente nuovo di applicazioni pratiche, ma hanno anche cambiato la nostra comprensione della teoria quantistica stessa. Questo testo, per la prima volta, introduce la teoria quantistica interamente da questa nuova prospettiva. Abbandona l'approccio tradizionale alla teoria quantistica come teoria della materia microscopica e si concentra invece sulla teoria quantistica come struttura per l'elaborazione delle informazioni. Di conseguenza, l'accento è posto su concetti come misurazione, probabilità, correlazioni statistiche e trasformazioni, piuttosto che su onde e particelle. Ciò consente un percorso semplice e diretto alla teoria quantistica, fino ad arrivare ad alcune delle sue questioni concettuali più affascinanti. Poiché richiede solo un minimo di matematica e praticamente nessuna conoscenza preliminare della fisica, è accessibile ai giovani laureandi e agli studenti di discipline affini.

Il testo offre una miscela unica di approfondimenti sia sui fondamenti fisici sia sull'applicazione pratica della teoria quantistica. Inizia con una discussione delle prove sperimentali che ci costringono ad abbandonare la descrizione classica e a riesaminare criticamente nozioni fondamentali come la misura, la probabilità e lo stato. L'indagine approfondita di questi concetti conduce al quadro alternativo della teoria quantistica, impostato nello spazio di Hilbert complesso. La matematica necessaria è sviluppata con attenzione e sempre collegata al suo significato operativo. Questa parte del testo culmina con l'esplorazione di alcune delle questioni fondamentali più spinose della teoria quantistica, come la località, la non contestualità e il realismo. La seconda metà del testo spiega come le caratteristiche peculiari della teoria quantistica possano essere sfruttate per affrontare compiti di elaborazione dell'informazione che sono intrattabili o addirittura impossibili in modo classico. Fornisce gli strumenti essenziali per comprendere e progettare i protocolli pertinenti.

Discute una vasta gamma di esempi rappresentativi dell'attuale tecnologia quantistica. Tra questi, esempi standard come la distribuzione sicura delle chiavi crittografiche, ma anche applicazioni meno conosciute come la metrologia assistita da entanglement. Il testo è ricco di esercizi testati in classe e talvolta non convenzionali.