Adolfo AVELLA | COMPUTAZIONE AVANZATA, QUANTISTICA E MACHINE LEARNING
Adolfo AVELLA COMPUTAZIONE AVANZATA, QUANTISTICA E MACHINE LEARNING
cod. FS22600031
COMPUTAZIONE AVANZATA, QUANTISTICA E MACHINE LEARNING
| FS22600031 | |
| DIPARTIMENTO DI FISICA "E.R. CAIANIELLO" | |
| CORSO DI LAUREA MAGISTRALE | |
| FISICA | |
| 2025/2026 |
| ANNO CORSO 1 | |
| ANNO ORDINAMENTO 2025 | |
| SECONDO SEMESTRE |
| SSD | CFU | ORE | ATTIVITÀ | |
|---|---|---|---|---|
| FIS/03 | 2 | 16 | LEZIONE | |
| FIS/03 | 4 | 48 | LABORATORIO |
| Appello | Data | Sessione | |
|---|---|---|---|
| APPELLO DI APRILE 2026 | 23/04/2026 - 15:00 | SESSIONE ORDINARIA |
| Obiettivi | |
|---|---|
| L'INSEGNAMENTO HA L'OBIETTIVO DI FORMARE GLI STUDENTI ALL'UTILIZZO DI STRUMENTI COMPUTAZIONALI MODERNI ED AVANZATI (ALGORITMI NUMERICI AVANZATI, COMPUTAZIONE QUANTISTICA E MACHINE LEARNING) NECESSARI PER STUDIARE SISTEMI FISICI, MA ANCHE STATISTICI E BIOLOGICI, DAI PIÙ SEMPLICI AI PIÙ COMPLESSI. CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE L’INSEGNAMENTO INTENDE FORNIRE ALLO STUDENTE CONOSCENZE AVANZATE RIGUARDANTI I METODI NUMERICI FONDAMENTALI PER LA RISOLUZIONE DI DIVERSE TIPOLOGIE DI PROBLEMI IN FISICA E LA CAPACITÀ DI COMPRENDERE/APPRENDERE AUTONOMAMENTE ULTERIORI NOZIONI AVANZATE. IN PARTICOLARE, È PREVISTO LO STUDIO DI ALGORITMI NUMERICI AVANZATI, DI COMPUTAZIONE QUANTISTICA, E PER LO SVILUPPO AUTONOMO E/O TRAMITE PACCHETTI PRE-COMPILATI DI SISTEMI DI INTELLIGENZA ARTIFICIALE E APPRENDIMENTO SUPERVISIONATO ANCHE TRAMITE L’UTILIZZO DI RETI NEURALI DEEP PER LA SIMULAZIONE DI SISTEMI REALI E COMPLESSI. IL CORSO PREVEDE L’IMPIEGO DEL PYTHON E DEL FORTRAN QUALI LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE EVOLUTI E L’APPRENDIMENTO SIA DELLA SINTASSI DEI LINGUAGGI CHE DEI DIVERSI PARADIGMI DI PROGRAMMAZIONE (PROCEDURALE, MODULARE, FUNZIONALE, ORIENTATA AGLI OGGETTI) CHE ESSI SUPPORTANO, IN MANIERA CHE LO STUDENTE POSSA COMPRENDERE/APPRENDERE AUTONOMAMENTE ALTRI LINGUAGGI EVOLUTI. CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE L’INSEGNAMENTO INTENDE CONSOLIDARE LA CAPACITÀ DELLO STUDENTE DI RISOLVERE, A UN LIVELLO PROFESSIONALE, PROBLEMI IN FISICA, MA ANCHE IN ALTRE BRANCHE DELLA SCIENZA, TRAMITE L’UTILIZZO DI METODI NUMERICI E ALGORITMI E DELLA LORO CODIFICA IN TERMINI DI PROGRAMMI PER COMPUTER. IN PARTICOLARE, LO STUDENTE DOVRÀ MATURARE LA CAPACITÀ DI UTILIZZARE ALGORITMI NUMERICI AVANZATI E QUANTISTICI E DI SVILUPPARE E GESTIRE SISTEMI DI INTELLIGENZA ARTIFICIALE PER IL CONTROLLO E LA PREDIZIONE DEL COMPORTAMENTO DI SISTEMI DI INTERESSE FISICO, BIOLOGICO, SOCIALE E IN MOLTI ALTRI CAMPI. DOVRÀ, INOLTRE, ACQUISIRE UNA CONOSCENZA AVANZATA DEI LINGUAGGI PYTHON E FORTRAN PER LA CONCRETA APPLICAZIONE DELLE NOZIONI ACQUISITE. |
| Prerequisiti | |
|---|---|
| LA CONOSCENZA DEGLI ARGOMENTI DI BASE DELLA FISICA CLASSICA E MODERNA, DELLA MECCANICA STATISTICA CLASSICA E QUANTISTICA, E DELLA ANALISI E FISICA MATEMATICA. |
| Contenuti | |
|---|---|
| 1. COMPUTAZIONE AVANZATA (ORE 14) E LINGUAGGIO PYTHON (ORE 10): ALGORITMI DI FATTORIZZAZIONE, INTEGRAZIONE GAUSSIANA E MONTE CARLO, INTERPOLAZIONE CON SPLINE DI ORDINE GENERICO, MINIMI QUADRATI GENERALIZZATI, ANALISI DIMENSIONALE DEL RANDOM WALKER, MODELLO DI ISING GENERALIZZATO, ALGORITMO LANCZOS PER SISTEMI QUANTISTICI INTERAGENTI E MATRICE DENSITÀ, RAPPRESENTAZIONE E SOLUZIONE NUMERICA DI SISTEMI QUANTISTICI FERMIONICI E BOSONICI. 2. COMPUTAZIONE QUANTISTICA (ORE 20): CONCETTI DI BASE DELLA LOGICA CLASSICA: RAPPRESENTAZIONE ASTRATTA DEI BIT, OPERAZIONI LOGICHE CLASSICHE, OPERAZIONI REVERSIBILI A UN BIT, OPERAZIONI REVERSIBILI A DUE BIT. ELEMENTI DI MECCANICA QUANTISTICA: NOTAZIONE DI DIRAC (IN BREVE), BIT QUANTISTICI: QUBIT, POSTULATI DELLA MECCANICA QUANTISTICA, SISTEMA QUANTISTICO A DUE LIVELLI: ANALISI ESPLICITA, STRUTTURA DELLE TRASFORMAZIONI UNITARIE A 1-QUBIT, STATI QUANTISTICI, OPERATORE DI DENSITÀ E MATRICE DI DENSITÀ, TRACCIA PARZIALE, ENTANGLEMENT DI STATI A DUE QUBIT, MISURE QUANTISTICHE E POVM. LA MECCANICA QUANTISTICA COME COMPUTAZIONE: PORTE LOGICHE QUANTISTICHE, MISURA SUI QUBIT, APPLICAZIONI ED ESEMPI, IL PROCESSO COMPUTAZIONALE STANDARD, IDENTITÀ NEI CIRCUITI, INTRODUZIONE AGLI ALGORITMI QUANTISTICI, LOGICA CLASSICA CON COMPUTER QUANTISTICI, PORTE QUANTISTICHE UNIVERSALI, UNIVERSALITÀ E VANTAGGIO QUANTISTICO. COMPUTER UNIVERSALI E COMPLESSITÀ COMPUTAZIONALE: LA MACCHINA DI TURING, LA MACCHINA DI TURING QUANTISTICA, CLASSI DI COMPLESSITÀ CLASSICHE E QUANTISTICHE IMPORTANTI. TRASFORMATA DI FOURIER QUANTISTICA E ALGORITMO DI FATTORIZZAZIONE DI SHOR: TRASFORMATA DI FOURIER DISCRETA E QFT, PROTOCOLLO DI STIMA DELLA FASE, ALGORITMO DI FATTORIZZAZIONE (ALGORITMO DI SHOR), ALGORITMO RSA. ALGORITMO DI RICERCA QUANTISTICA: RICERCA QUANTISTICA COME PROCESSO COMPUTAZIONALE STANDARD, RICERCA QUANTISTICA: OPERATORE DI GROVER, RICERCA QUANTISTICA ED EVOLUZIONE UNITARIA, ALGORITMO DI GROVER E PASSEGGIATE QUANTISTICHE IN TEMPO CONTINUO. 3. MACHINE LEARNING (ORE 20): NOZIONI DI BASE. ESEMPI BASATI SU REGRESSIONE POLINOIMIALE E SVILUPPO DI CODICI RELATIVI. FUNZIONE COSTO. DECOMPOSIZIONE BIAS-VARIANZA. GRADIENT DESCENT E SUE GENERALIZZAZIONI PER LA RICERCA DEI MINIMI DI UNA FUNZIONE COSTO. CENNI DI INFERENZA BAYESIANA. REGRESSIONE LINEARE E SUA FORMULAZIONE BAYESIANA. REGOLARIZATORI. APPLICAZIONI: RICONOSCIMENTO DELLE COSTANTI DI ACCOPPIAMENTO DI UN MODELLO DI ISING, SVILUPPO DI CODICI RELATIVI. COMPITI DI CLASSIFICAZIONE. PERCEPTRON. REGRESSIONE LOGISTICA. CROSS-ENTROPY E REGRESSIONE SOFTMAX. APPLICAZIONI: RICONOSCIMENTO DELLA FASE DI UN MODELLO DI ISING. SVILUPPO DI CODICI RELATIVI. RETI NEURALI: ARCHITETTURA E TRAINING. FEEDFORWARD ED ALGORITMO DI BACKPROPAGATION. APPLICAZIONI: SVILUPPO DI CODICI RELATIVI AI PROBLEMI DELLA REGRESSIONE POLINOMIALE E DEL MODELLO DI ISING. ESEMPI DI UTILIZZO DI PACCHETTI (MATHLAB) UTILIZZANTI RETI CONVOLUTIVE. |
| Metodi Didattici | |
|---|---|
| IL CORSO PREVEDE 16 ORE DI LEZIONI FRONTALI IN AULA FINALIZZATE ALL’APPRENDIMENTO DELLE CONOSCENZE AVANZATE RIGUARDANTI I METODI NUMERICI E LA PROGRAMMAZIONE E 48 ORE DI LEZIONI DI TIPO ESERCITATIVO IN LABORATORIO INCENTRATE SULL’ILLUSTRAZIONE PRATICA DEL PROCESSO DI MODELLIZZAZIONE DEL PROBLEMA FISICO IN ESAME, SELEZIONE/ELABORAZIONE DEI METODI NUMERICI ED ALGORITMI NECESSARI ALLA SUA SOLUZIONE NUMERICA, DESIGN DEL CODICE A SECONDA DEL PARADIGMA DI PROGRAMMAZIONE SCELTO, REDAZIONE CONCRETA DEL CODICE IN FORTRAN E PYTHON (SINTASSI DEL LINGUAGGIO), SUA COMPILAZIONE, ESECUZIONE E RELATIVA RACCOLTA E RAPPRESENTAZIONE GRAFICA DEI RISULTATI. LA FREQUENZA DEL CORSO PUR NON ESSENDO OBBLIGATORIA È FORTEMENTE CONSIGLIATA. |
| Verifica dell'apprendimento | |
|---|---|
| LA VERIFICA E LA VALUTAZIONE DEL LIVELLO DI APPRENDIMENTO DELLO STUDENTE AVVERRANNO TRAMITE UNA PROVA FINALE CHE CONSISTERÀ NELLA DISCUSSIONE ORALE DI UN PROGETTO DI RICERCA, ASSEGNATO A FINE CORSO A UN GRUPPO DI DUE/TRE STUDENTI, RIGUARDANTE LA SOLUZIONE DI UN PROBLEMA FISICO NON MENZIONATO AL CORSO, MA RISOLVIBILE TRAMITE I METODI NUMERICI TRATTATI DURANTE IL CORSO. LA DISCUSSIONE ORALE È TESA A VALUTARE IL LIVELLO DELLE CONOSCENZE TEORICHE, L’AUTONOMIA DI ANALISI E GIUDIZIO, NONCHÉ LE CAPACITÀ ESPOSITIVE DELL’ALLIEVO. LA PROVA ORALE, DELLA DURATA MEDIA DI 45 MINUTI, VIENE EFFETTUATA AL TERMINE DELL'INSEGNAMENTO NELLE DATE STABILITE DAL CONSIGLIO DI DIDATTICO. IL LIVELLO DI VALUTAZIONE È ATTRIBUITO TENENDO CONTO DELL’EFFICIENZA DEI METODI UTILIZZATI, DELLA COMPLETEZZA ED ESATTEZZA DELLE RISPOSTE, NONCHÉ DELLA CHIAREZZA NELLA PRESENTAZIONE. IL LIVELLO DI VALUTAZIONE MINIMO (18) È ATTRIBUITO QUANDO LO STUDENTE DIMOSTRA UN'APPENA SUFFICIENTE CAPACITÀ DI APPLICAZIONE DEI METODI NUMERICI E DI NDIVIDUAZIONE DELLE METODICHE ATTE A CONTROLLARE L'ERRORE NUMERICO, E HA UNA LIMITATA CONOSCENZA DEI PRINCIPALI ALGORITMI. IL LIVELLO MASSIMO (30) È ATTRIBUITO QUANDO LO STUDENTE DIMOSTRA UNA CONOSCENZA COMPLETA ED APPROFONDITA DEI METODI NUMERICI E DEGLI ALGORITMI E MOSTRA UNA NOTEVOLE CAPACITÀ DI INDIVIDUARE E GESTIRE LE SORGENTI DI ERRORE NUMERICO PRESENTI NELLO SPECIFICO PROBLEMA CHE HA SCELTO DI AFFRONTARE. LA LODE VIENE ATTRIBUITA QUANDO IL CANDIDATO DIMOSTRA SIGNIFICATIVA PADRONANZA DEI CONTENUTI TEORICI ED OPERATIVI E MOSTRA DI SAPER PRESENTARE GLI ARGOMENTI CON NOTEVOLE PROPRIETÀ DI LINGUAGGIO E CAPACITÀ DI ELABORAZIONE AUTONOMA ANCHE IN CONTESTI DIVERSI DA QUELLI PROPOSTI DAL DOCENTE. |
| Testi | |
|---|---|
| COMPUTATIONAL PHYSICS: T. PANG; AN INTRODUCTION TO COMPUTATIONAL PHYSICS; CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS; CONTENUTI: 2ND ED. (2006), CODICI IN FORTRAN 90: 1ST ED. (1997). N.J. GIORDANO; COMPUTATIONAL PHYSICS; BENJAMIN CUMMINGS; 2ND ED. (2005). J. THIJSSEN; COMPUTATIONAL PHYSICS; CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS; 2ND ED. (2007). R.H. LANDAU, J. PAEZ, C.C. BORDEIANU; A SURVEY OF COMPUTATIONAL PHYSICS: INTRODUCTORY COMPUTATIONAL SCIENCE; PRINCETON UNIVERSITY PRESS (2008). P.L. DEVRIES , J.E. HASBUN; A FIRST COURSE IN COMPUTATIONAL PHYSICS; JONES & BARTLETT PUBLISHERS; 2ND ED. (2010). A. KLEIN; INTRODUCTORY COMPUTATIONAL PHYSICS; CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS; 2ND ED. (2010). R. FITZPATRICK; COMPUTATIONAL PHYSICS; LECTURE NOTES. MATHEMATICAL METHODS: K.F. RILEY, M.P. HOBSON, AND S.J. BENCE; MATHEMATICAL METHODS FOR PHYSICS AND ENGINEERING; CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS; 3RD ED. (2006). S. HASSANI; MATHEMATICAL METHODS FOR STUDENTS OF PHYSICS AND RELATED FIELDS; SPRINGER SCIENCE+BUSINESS MEDIA, LLC; 2ND ED. (2009). H. SHIMA, AND T. NAKAYAMA; HIGHER MATHEMATICS FOR PHYSICS AND ENGINEERING; SPRINGER-VERLAG (2010). NUMERICAL METHODS AND ALGORITHMS: W.H. PRESS, S.A. TEUKOLSKY, H.A. BETHE, W.T. VETTERLING, AND B.P. FLANNERY; NUMERICAL RECIPES - THE ART OF SCIENTIFIC COMPUTING; CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS; CONTENUTI: 3RD ED. (2007). A HIGH-BIAS,LOW-VARIANCE INTRODUCTION TO MACHINE LEARNING FOR PHYSICISTS: P.METHA, M. BUKOV, C-H. WANG, A.G.R. DAY, C. RICHARDSON, C.K. FISHER, D.J. SCHWAB (HTTPS://ARXIV.ORG/ABS/1803.08823). A STUDENT’S GUIDE TO QUANTUM COMPUTING (2025), STEFANO OLIVARES, LECTURE NOTES IN PHYSICS, SPRINGER CHAM, HTTPS://DOI.ORG/10.1007/978-3-031-83361-8 DISPENSE DEL DOCENTE SU MACHINE LEARNING. |
| Altre Informazioni | |
|---|---|
| LA FREQUENZA DEL CORSO, PUR NON ESSENDO OBBLIGATORIA, È FORTEMENTE CONSIGLIATA. PER UNA PREPARAZIONE SODDISFACENTE SONO RICHIESTE, IN MEDIA, DUE ORE DI STUDIO PER CIASCUNA ORA DI LEZIONE SIA FRONTALE CHE DI LABORATORIO. |
BETA VERSION Fonte dati ESSE3 [Ultima Sincronizzazione: 2026-04-10]


