Videocorso Q# CGFA

Programmare un computer quantistico: qubit, sovrapposizione, entanglement e i primi algoritmi

Partenza: Da zero
12 ore con gli esercizi
10 lezioni in 3 livelli
2 lezioni gratis

Inizia la prima lezione Sblocca il corso

A chi serve

Curiosi, studenti, programmatori e tecnici che vogliono capire il calcolo quantistico con il codice, senza bisogno di una laurea in fisica

Cosa serve per iniziare

Un computer Windows, Mac o Linux
Basi di matematica delle superiori (le frazioni bastano, spieghiamo tutto il resto)
Nessuna esperienza di programmazione obbligatoria: partiamo dalle basi

Cosa installare

Visual Studio CodeEditor gratuito da code.visualstudio.com. Esiste anche la versione web su vscode.dev, senza installare nulla

Estensione Quantum Development Kit (QDK)Si installa gratis dal pannello Estensioni di VS Code. Contiene il compilatore Q#, il simulatore locale e i corsi guidati (Quantum Katas)

Simulatore quantistico localeIncluso nel QDK: esegue i tuoi programmi sul tuo computer, senza account e senza costi. Per questo corso non serve nessun hardware quantistico

A cosa ti serve

Ricerca e università nel calcolo quantistico
Aziende e centri di ricerca che esplorano ottimizzazione, chimica e crittografia post-quantistica
Consulenza e formazione sulle tecnologie quantistiche
Divulgazione tecnica e sviluppo di strumenti per il quantum computing
Preparazione a un ambito in forte crescita, anche in Italia

Programma del corso

10 lezioni in 3 livelli. Ogni lezione: video, spiegazione, codice da copiare o provare, esercizio con soluzione e quiz.

Base

Che cos'è un qubit, come si misura e come si scrive il primo programma Q#

1Calcolo quantistico e primo programma Q#Capire a grandi linee che cosa è un computer quantistico, installare il Quantum Development Kit ed eseguire il primo programma Q#.Gratis25 min 2Il qubit e la misuraAllocare un qubit con use, cambiarne lo stato con X, misurarlo con M e rimetterlo a zero con Reset.Gratis25 min 3La sovrapposizione con la porta HCreare una sovrapposizione con la porta di Hadamard e verificare con molte misure che il risultato è casuale al 50 per cento.30 min 4Variabili, funzioni e cicli in Q#Usare i tipi di base, let e mutable, if, for, e distinguere function da operation.30 min

Intermedio

Le porte quantistiche, l'entanglement e i registri di qubit

1Le porte a un solo qubitConoscere le porte X, Z, S, T e le rotazioni, e immaginare lo stato del qubit sulla sfera di Bloch.30 min 2Entanglement: coppie di qubit legatiCreare una coppia di Bell con H e CNOT e osservare le correlazioni tra le misure.30 min 3Registri di qubit e controlliLavorare con array di qubit, ApplyToEach, Controlled e within/apply.35 min

Avanzato

Gli algoritmi: Deutsch, Grover e la teletrasportazione

1Il primo vantaggio quantistico: DeutschScrivere l'algoritmo di Deutsch e capire come una sola interrogazione quantistica basta dove ne servono due classiche.35 min 2Grover: cercare nel mucchioCapire l'idea della ricerca di Grover e implementarla su 2 qubit.40 min 3Teletrasporto, hardware reale e prossimi passiImplementare la teletrasportazione quantistica e sapere come proseguire: Quantum Katas, hardware in cloud e algoritmi come Shor.35 min

Progetto finale: Il generatore quantistico di numeri casuali e il test di Bell

Costruisci due piccoli programmi Q#: un generatore di numeri casuali da 0 a 7 basato sulla sovrapposizione e un esperimento che verifica le correlazioni di una coppia entangled su mille ripetizioni.

I passi

Crea una cartella progetto-quantum con un file Main.qs.
Scrivi l'operation BitCasuale che usa H e MResetZ e restituisce un Result.
Scrivi NumeroCasuale che chiama BitCasuale tre volte e compone un intero da 0 a 7.
Estrai 800 numeri e conta quante volte esce ciascun valore: ognuno dovrebbe comparire circa 100 volte.
Scrivi un secondo esperimento con la coppia di Bell per 1000 ripetizioni e conta le misure uguali.
Mostra i risultati con Message e prova a descrivere a parole che cosa hai osservato.

Esame e attestato

Alla fine del corso fai l'esame: 15 domande, serve il 75% di risposte giuste. Superato l'esame ottieni l'attestato stampabile con nome, ore, punteggio e un codice di controllo che chiunque può verificare.

Vai all'esame

Glossario di Q#

Qubit: L'unità di informazione quantistica: può essere Zero, One o in sovrapposizione.
Sovrapposizione: Condizione in cui un qubit è una combinazione di Zero e One finché non viene misurato.
Misura: Operazione che legge un qubit e restituisce Zero oppure One, facendo collassare la sovrapposizione.
Entanglement: Legame tra qubit per cui le misure sono correlate anche se ognuna è casuale.
Porta quantistica: Operazione che trasforma lo stato di uno o più qubit, come X, H o CNOT.
Hadamard (H): Porta che crea una sovrapposizione equilibrata a partire da Zero o One.
CNOT: Porta a due qubit: inverte il bersaglio solo se il controllo vale One.
Sfera di Bloch: Sfera che permette di visualizzare lo stato di un singolo qubit.
Oracolo: Operazione che nasconde una funzione o riconosce una soluzione dentro un algoritmo.
Interferenza: Effetto per cui le possibilità si rinforzano o si annullano, usato dagli algoritmi quantistici.
Simulatore: Programma che imita un computer quantistico su un computer normale.
NISQ: Era attuale dei computer quantistici: pochi qubit, rumorosi e senza correzione completa degli errori.

Le prime 2 lezioni sono gratis

Per il corso completo, scuole e aziende: chiedi le condizioni.

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