Corso Quantum Computing Engineer

Lezione 1 • Algebra Lineare per Stati Quantistici

Tratta vettori, matrici, prodotti interni e prodotti tensoriali come strumenti per gli stati quantistici. Fornisce le basi algebriche per tutte le operazioni quantistiche successive.

Lezione 2 • Misurazione Quantistica e Collasso

Definisce le misurazioni proiettive e POVM e i loro esiti statistici. Introduce gli studenti alla natura irreversibile della misurazione prima della progettazione dei circuiti.

Lezione 3 • Fondamenti di Entanglement Quantistico

Introduce gli stati entangled, gli stati di Bell e le correlazioni non locali. Prepara gli studenti a utilizzare l'entanglement come risorsa computazionale e di comunicazione.

Lezione 4 • Informazione Classica e Informazione Quantistica

Contrappone i bit ai qubit e l'incertezza probabilistica a quella quantistica. Spiega perché i paradigmi classici del calcolo sono insufficienti per i problemi quantistici.

Lezione 1 • Set di Gate Universali e Decomposizione

Definisce l'universalità e dimostra che piccoli set di gate possono approssimare qualsiasi operatore unitario. Consente agli studenti di compilare operazioni arbitrarie in gate nativi dell'hardware.

Lezione 2 • Complessità e Profondità dei Circuiti Quantistici

Analizza la profondità del circuito, il numero di gate e il loro impatto su rumore e tempo di esecuzione. Fornisce le metriche che gli studenti utilizzeranno per valutare e ottimizzare i progetti di circuito.

Lezione 3 • Tecniche di Simulazione di Circuiti Quantistici

Passa in rassegna i metodi di simulazione statevector, a matrice densità e tramite reti tensoriali. Fornisce agli studenti gli strumenti per validare i circuiti classicamente prima dell'esecuzione su hardware.

Lezione 4 • Gate a Singolo Qubit e Rotazioni

Tratta i gate di Pauli, Hadamard, di fase e di rotazione come operatori unitari. Stabilisce le regole di composizione dei gate necessarie per costruire circuiti più ampi.

Lezione 1 • Algoritmo di Fattorizzazione di Shor

Combina la ricerca dell'ordine con la QFT per fattorizzare interi in tempo polinomiale. Illustra le implicazioni crittografiche che guidano gli investimenti nell'hardware quantistico.

Lezione 2 • Trasformata di Fourier Quantistica

Deriva il circuito QFT dalla DFT classica e ne analizza l'accelerazione esponenziale. Serve come subroutine di base per la stima di fase e l'algoritmo di Shor.

Lezione 3 • Algoritmi Quantistici Variazionali

Introduce VQE e QAOA come metodi di ottimizzazione ibridi classico-quantistici. Collega i vincoli dell'hardware a breve termine con applicazioni algoritmiche pratiche.

Lezione 4 • Stima di Fase Quantistica

Implementa la QPE per estrarre le autofasi di operatori unitari con alta precisione. Abilita direttamente la fattorizzazione di Shor e la stima dell'energia in chimica quantistica.

Lezione 1 • Metriche di Prestazione dell'Hardware Quantistico

Definisce T1, T2, fedeltà del gate e volume quantistico come standard di benchmarking. Consente agli ingegneri di confrontare generazioni hardware e specifiche dei fornitori.

Lezione 2 • Processori Quantistici a Ioni Intrappolati

Descrive catene di ioni raffreddati al laser, modi vibrazionali e gate di Mølmer-Sørensen. Evidenzia l'alta fedeltà e la connettività tutti-a-tutti come vantaggio hardware.

Lezione 3 • Sistemi a Qubit Superconduttori

Spiega i qubit transmon, le giunzioni Josephson e il controllo a microonde. Tratta la piattaforma commerciale dominante e le sue caratteristiche di fedeltà del gate.

Lezione 4 • Piattaforme Fotoniche e ad Atomi Neutri

Passa in rassegna i qubit ottici lineari e gli array di atomi di Rydberg come modalità alternative. Collega le proprietà della piattaforma a specifici casi d'uso algoritmici e di rete.

Lezione 1 • Codici Stabilizzatori e Formalismo

Introduce il quadro del gruppo stabilizzatore per descrivere in modo compatto i codici quantistici. Tratta il codice di Steane e il codice a cinque qubit come esempi canonici di stabilizzatore.

Lezione 2 • Tolleranza ai Guasti e Teoremi di Soglia

Definisce i set di gate fault-tolerant e il teorema della soglia di accuratezza. Quantifica il tasso di errore fisico richiesto per ottenere una computazione logica scalabile.

Lezione 3 • Codici di Superficie e Protezione Topologica

Spiega il reticolo del codice di superficie, gli operatori di placchetta e i modelli di errore anionici. Evidenzia il codice di superficie come il principale candidato per l'hardware fault-tolerant.

Lezione 4 • Correzione degli Errori Classica e Quantistica a confronto

Contrappone i codici a ripetizione ai codici quantistici che rispettano il teorema di no-cloning. Motiva la necessità della misurazione della sindrome senza perturbare lo stato.

Lezione 1 • Classi di Complessità Quantistica

Definisce BQP, QMA e le loro relazioni con le classi di complessità classiche. Fornisce il quadro teorico per valutare le affermazioni di vantaggio quantistico.

Lezione 2 • Pattern e Tecniche di Progettazione Algoritmica

Sintetizza amplificazione dell'ampiezza, stima di fase e codifica a blocchi come primitive riutilizzabili. Consente agli studenti di costruire nuovi algoritmi a partire da blocchi componibili.

Lezione 3 • Complessità di Query e Modelli Oracolo

Introduce il modello di query, gli alberi decisionali e il metodo polinomiale per limiti inferiori. Fornisce agli studenti gli strumenti per dimostrare che gli algoritmi quantistici sono ottimamente efficienti.

Lezione 4 • Algoritmi Quantistici di Algebra Lineare

Tratta l'algoritmo HHL per sistemi lineari e la trasformata quantistica a valori singolari. Affronta i colli di bottiglia di input/output che limitano il vantaggio quantistico pratico.

Lezione 1 • Passate del Compilatore Quantistico e Ottimizzazione

Spiega le fasi di transpilazione, comprese le passate di srotolamento, instradamento e scheduling. Consente agli studenti di ottimizzare la compilazione per fedeltà o profondità sull'hardware di destinazione.

Lezione 2 • Panoramica dei Framework di Programmazione Quantistica

Passa in rassegna i principali SDK open source e i loro livelli di astrazione per la costruzione di circuiti. Orienta gli studenti nell'ecosistema prima di iniziare la codifica pratica.

Lezione 3 • Flussi di Lavoro Ibridi Quantistico-Classici

Progetta pipeline end-to-end che combinano subroutine quantistiche con elaborazione classica. Prepara gli studenti a costruire applicazioni ibride di livello produttivo.

Lezione 4 • Scrittura ed Esecuzione di Circuiti Quantistici

Guida gli studenti attraverso la costruzione del circuito, il binding dei parametri e l'invio di job. Costruisce una fluenza pratica di codifica applicata in tutti i capitoli successivi.

Lezione 1 • Progettazione dell'Architettura del Sistema Quantistico

Mappa l'intero stack dai qubit fisici al livello applicazione e identifica i colli di bottiglia. Fornisce una lente di ingegneria dei sistemi per progettare piattaforme quantistiche scalabili.

Lezione 2 • Roadmap Quantistiche e Prontezza Produttiva

Valuta le roadmap hardware, le traiettorie del tasso di errore e le milestone di tolleranza ai guasti. Fornisce agli ingegneri gli strumenti per prendere decisioni informate sull'adozione della tecnologia e sugli investimenti.

Lezione 3 • Metodi di Benchmarking e Caratterizzazione

Applica benchmarking randomizzato, tomografia di processo e benchmarking a entropia incrociata. Consente una rigorosa validazione delle prestazioni prima e dopo la distribuzione.

Lezione 4 • Scalabilità e Stima delle Risorse

Stima il numero di qubit logici, le fabbriche di stati magici e il runtime per le applicazioni target. Collega l'analisi teorica degli algoritmi con la pianificazione realistica delle risorse hardware.