ELETTRONICA DIGITALE QUANTISTICA: STUDIO E SIMULAZIONE DI PORTE LOGICHE E CIRCUITI FONDAMENTALI

The thesis will focus on introducing quantum computing, a new way of processing information that is based on the principles of quantum physics. In particular, it will analyze the fundamental principles of quantum computing and the concept of the qubit, the unit of quantum information, which differs from the binary units of information used in classical digital computing. The thesis will delve into the differences between quantum computing and classical digital computing in terms of performance and applications, assessing the ability of quantum computing to solve problems more efficiently than classical digital computing. Furthermore, it will study quantum logic gates, which allow for the manipulation of qubits to perform logical operations, and some quantum logic circuits, such as registers and adders. The thesis will examine the realisation technologies of qubits, focusing on superconducting, solid-state ion trap and semiconductor qubits, and make a comparison with the FET transistor technologies used for classical digital circuit implementation. Finally, it will present comparisons between the two methods of information processing and the prospects of quantum computing, considering the challenges and future opportunities. In particular, it will analyze the potential impact of quantum computing on various areas, such as cryptography, simulation of complex systems, and optimization of industrial processes.

La tesi si concentrerà sull'introduzione al calcolo quantistico, un nuovo modo di elaborare l'informazione che si basa sui principi della fisica quantistica. In particolare, si analizzeranno i principi fondamentali del calcolo quantistico e il concetto di qubit, l'unità di informazione quantistica, che differisce dalle unità di informazione binarie utilizzate nel calcolo digitale classico. Si approfondiranno le differenze tra il calcolo quantistico e il calcolo digitale classico in termini di prestazioni e di applicazioni, valutando la capacità del calcolo quantistico di risolvere problemi in modo più efficiente rispetto al calcolo digitale classico. Inoltre, si studieranno le porte logiche quantistiche, che permettono di manipolare i qubit per eseguire operazioni logiche, e alcuni circuiti logici quantistici, come registri e sommatori. Si esamineranno le tecnologie realizzative dei qubit, concentrandosi sui qubit superconduttivi, a ionizzazione in fase solida e a semiconduttore, e si effettuerà un confronto con le tecnologie basate sui transistor FET utilizzati per la realizzazione dei circuiti digitali classici. Infine, verranno presentati i confronti tra i due metodi di elaborazione dell'informazione e le prospettive del calcolo quantistico, considerando le sfide e le opportunità future. In particolare, si analizzerà il potenziale impatto del calcolo quantistico su diverse aree, come la crittografia, la simulazione di sistemi complessi e l'ottimizzazione dei processi industriali.