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  Giacomo Mauro D'Ariano (nato l'11 maggio 1955) è un fisico quantistico italiano, professore di fisica teorica all'Università di Pavia, dove è a capo del gruppo QUIT (Quantum Information Theory).[1][2] È membro del Center of Photonic Communication and Computing presso la Northwestern University,[3] membro dell'Istituto Lombardo Accademia di Scienze e Lettere e membro del Foundational Questions Institute (FQXi).[4]

Le sue principali aree di ricerca sono la teoria quantistica dell'informazione, la struttura matematica della teoria quantistica ei problemi fondamentali della fisica contemporanea.[5] Come uno dei pionieri della Teoria Quantistica dell'Informazione, ha dato importanti contributi alla derivazione teorico-informativa della Teoria Quantistica.[6]

Biografia

D'Ariano è nato l'11 maggio 1955 ad Alessandria e si è laureato con lode in Fisica nel 1978 presso l'Università di Pavia. Nel 1978 ha ottenuto un assegno di ricerca in Scienza dei Polimeri presso il Politecnico di Milano e nel 1979 un assegno di ricerca presso l'Università di Pavia. Nel 1984 è stato nominato ricercatore presso l'Università di Pavia e, a seguito di concorsi nazionali, è diventato professore associato nel 1992 e professore ordinario nel 2000.[7]

Ha fondato il Quantum Information Theory Group (QUIT) nel 2000 e ha assunto il ruolo di leader del gruppo. Nello stesso anno è stato anche selezionato come membro del Photonic Communication and Computing presso la Northwestern University.[3]

Lavori

Fondamenti della Meccanica Quantistica

D'Ariano ha svolto un ruolo importante nel rendere la teoria quantistica dell'informazione un nuovo paradigma per i fondamenti della teoria quantistica e della fisica fondamentale in generale. Nel 2010, ha proposto una serie di postulati di teoria dell'informazione per una derivazione rigorosa della Teoria Quantistica (di dimensione finita),[8] derivazione successivamente raggiunta nella sua collaborazione con Giulio Chiribella e Paolo Perinotti.[9] Questo progetto ha anche portato a un nuovo modo di comprendere, lavorare e sviluppare la teoria quantistica, presentato nel libro Quantum Theory from First Principles.[10]

A metà degli anni 2010 D'Ariano ha esteso questo programma al fine di ottenere una derivazione della teoria quantistica dei campi basata su postulati teorico-informativi, che ha permesso a lui e al suo team di arrivare a una teoria quantistica dei campi completamente libera.[11] Una prospettiva storica, dalla scoperta dell'elettrodinamica quantistica da parte di Dirac ai giorni nostri, su questo lavoro è stata data da Arkady Plotnitsky in The Principles of Quantum Theory, From Planck's Quanta to the Higgs Boson.[12] In un articolo su New Scientist, Lucien Hardy ha scritto che "il loro lavoro e il loro approccio sono straordinari", e Časlav Brukner ha scritto di essere rimasto "impressionato" dal loro lavoro scrivendo che "c'è qualcosa di profondo nella meccanica quantistica in questo lavoro".[13]

Un libro di Oliver Darrigol offre un ampio commento sulla derivazione della Meccanica Quantistica da parte di D'Ariano e dei suoi collaboratori, sottolineando in particolare come superi certe ipotesi ad hoc di derivazioni precedenti.[14]

Informazione quantistica

D'Ariano ei suoi collaboratori introdussero il primo algoritmo esatto per la tomografia quantistica omodina degli stati,[15] e successivamente generalizzarono la tecnica utilizzata per farne un metodo universale di misura quantistica.[16] D'Ariano sviluppò quindi il primo schema sperimentale - ora chiamato "tomografia assistita da ancilla" - che rendeva fattibile la caratterizzazione di canali, operazioni e apparati di misurazione quantistici da eseguire effettivamente in laboratorio, sfruttando un singolo stato di input entangled.[17]

D'Ariano ha proposto l'entanglement quantistico come strumento per migliorare la precisione della misurazione quantistica,[18] un'idea che, parallelamente ai lavori di altri autori, ha dato vita al nuovo campo della metrologia quantistica. Con il suo team ha risolto una serie di problemi di vecchia data della teoria dell'informazione quantistica, come la trasmissione ottimale di stati misti,[19] la stima di fase ottimale per stati misti[20] e i protocolli ottimali per il clonaggio di fase.[21]

D'Ariano e collaboratori hanno introdotto il concetto di "pettine quantistico",[22] che generalizza quello di "operazione quantistica", e ha un'ampia gamma di applicazioni nell'ottimizzazione di misure quantistiche, comunicazioni, algoritmi e protocolli. Lui e il suo gruppo hanno successivamente utilizzato pettini quantici per ottimizzare la tomografia quantistica.[23] La struttura del pettine quantistico ha anche consentito una nuova comprensione della causalità nella meccanica quantistica e nella teoria quantistica dei campi. Ciò ha avuto un impatto ampio e diversificato in diverse aree di ricerca, a cominciare dallo studio dell'interferenza causale quantistica e degli algoritmi di scoperta causale, utilizzati in recenti tentativi, lungo linee informatiche quantistiche, di riconciliare la teoria quantistica e la relatività generale, uno dei grandi problemi in sospeso di fisica fondamentale.[24]

Onori e riconoscimenti

Giacomo Mauro D'Ariano è Fellow della Optical Society of America e dell'American Physical Society . Ha vinto il terzo premio per i concorsi mondiali di saggi FQXi del 2011,[25] 2012[26] e 2013.[27] Il suo articolo sulla derivazione per via informativa della teoria quantistica[9] è stato citato in un Viewpoint dell'American Physical Society.[28]

Libri

  • Sistemi integrabili in meccanica statistica (serie sui progressi nella meccanica statistica) (1985)
  • Comunicazione quantistica, informatica e misurazione 2 (2013)
  • Teoria quantistica dai primi principi: un approccio informativo (2017)

Note

  1. ^ qubit.it, http://www.qubit.it.
  2. ^ laprovinciapavese.gelocal.it, https://laprovinciapavese.gelocal.it/tempo-libero/2017/04/27/news/il-teletrasporto-passa-dalla-fisica-quantistica-1.15261688.
  3. ^ a b cpcc.northwestern.edu, http://cpcc.northwestern.edu/people/index.html. Errore nelle note: Tag <ref> non valido; il nome "CPCC" è stato definito più volte con contenuti diversi
  4. ^ qubit.it, http://www.qubit.it/people/dariano/.
  5. ^ Physicists Want To Rebuild Quantum Theory From Scratch, in Wired, 2 settembre 2017.
  6. ^ vol. 56, DOI:10.1007/s10773-016-3172-y, https://oadoi.org/10.1007/s10773-016-3172-y.
  7. ^ qubit.it, http://www.qubit.it/people/dariano.
  8. ^ cambridge.org, https://www.cambridge.org/it/academic/subjects/physics/history-philosophy-and-foundations-physics/philosophy-quantum-information-and-entanglement?format=HB.
  9. ^ a b Informational derivation of quantum theory, vol. 84, DOI:10.1103/PhysRevA.84.012311. Errore nelle note: Tag <ref> non valido; il nome "qtderiv" è stato definito più volte con contenuti diversi
  10. ^ thequantumtimes.org, http://thequantumtimes.org/2017/07/review-quantum-theory-from-first-principles-g-chiribella-g-m-dariano-and-p-perinotti-cambridge-2017/. URL consultato il 18 December 2018.
  11. ^ Derivation of the Dirac equation from principles of information processing, vol. 90, DOI:10.1103/PhysRevA.90.062106.
  12. ^ 2016, ISBN 9783319320663, https://www.springer.com/it/book/9783319320663.
  13. ^ newscientist.com, https://www.newscientist.com/article/mg22630161-100-quantum-purity-how-the-big-picture-banishes-weirdness/.
  14. ^ ISBN 9780198712886, https://global.oup.com/academic/product/physics-and-necessity-9780198712886?cc=it&lang=en&.
  15. ^ Detection of the density matrix through optical homodyne tomography without filtered back projection, vol. 50, DOI:10.1103/PhysRevA.50.4298.
  16. ^ 2005, DOI:10.1142/5630, ISBN 978-981-256-015-5.
  17. ^ Quantum tomography for measuring experimentally the matrix elements of an arbitrary quantum operation., vol. 86, DOI:10.1103/PhysRevLett.86.4195.
  18. ^ Using Entanglement Improves the Precision of Quantum Measurements, vol. 87, DOI:10.1103/PhysRevLett.87.270404.
  19. ^ Superbroadcasting of Mixed States, vol. 95, DOI:10.1103/PhysRevLett.95.060503.
  20. ^ Optimal phase estimation for qubits in mixed states, vol. 72, DOI:10.1103/PhysRevA.72.042327.
  21. ^ Optimal phase-covariant cloning for qubits and qutrits, vol. 67, DOI:10.1103/PhysRevA.67.042306.
  22. ^ Quantum Circuit Architecture, in Physical Review Letters, vol. 101, n. 6, 2008, p. 060401, DOI:10.1103/PhysRevLett.101.060401.
  23. ^ Optimal Quantum Tomography of States, Measurements, and Transformations, in Physical Review Letters, vol. 102, n. 1, 2009, p. 010404, DOI:10.1103/PhysRevLett.102.010404.
  24. ^ Quantum causality, in Nature Physics, vol. 10, n. 4, 2014, pp. 259–263, DOI:10.1038/nphys2930.
  25. ^ fqxi.org, https://fqxi.org/community/essay/winners/2011.1.
  26. ^ fqxi.org, https://fqxi.org/community/essay/winners/2012.1.
  27. ^ fqxi.org, https://fqxi.org/community/essay/winners/2013.1.
  28. ^ Viewpoint: Questioning the rules of the game, vol. 4, DOI:10.1103/Physics.4.55.
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