Calculation of mutual information for nonlinear communication channel at large signal-to-noise ratio

Using the path-integral technique we examine the mutual information for the communication channel modeled by the nonlinear Schrödinger equation with additive Gaussian noise. The nonlinear Schrödinger equation is one of the fundamental models in nonlinear physics, and it has a broad range of applications, including fiber optical communications - the backbone of the internet. At large signal-to-noise ratio we present the mutual information through the path-integral, which is convenient for the perturbative expansion in nonlinearity. In the limit of small noise and small nonlinearity we derive analytically the first nonzero nonlinear correction to the mutual information for the channel.

Black holes as quantum bound states

We present a new quantum description for the Oppenheimer-Snyder model of gravitational collapse of a ball of dust. Starting from the geodesic equation for dust in spherical symmetry, we introduce a time-independent Schrödinger equation for the radius of the ball. The resulting spectrum is similar to that of the Hydrogen atom and Newtonian gravity. However, the non-linearity of General Relativity implies that the ground state is characterised by a principal quantum number proportional to the square of the ADM mass of the dust. For a ball with ADM mass much larger than the Planck scale, the collapse is therefore expected to end in a macroscopically large core and the singularity predicted by General Relativity is avoided. Mathematical properties of the spectrum are investigated and the ground state is found to have support essentially inside the gravitational radius, which makes it a quantum model for the matter core of Black Holes. In fact, the scaling of the ADM mass with the principal quantum number agrees with the Bekenstein area law and the corpuscular model of Black Holes. Finally, the uncertainty on the size of the ground state is interpreted within the framework of an Uncertainty Principle.

How to get an equation named after you (part I)

Abstract|IT Nelle lauree triennali le pubblicazioni scientifiche non vengono studiate. Per quanto possa rivelarsi un piccolo intervento, lo scopo di questa tesi è invece quello di rendere più accessibili ai pochi interessati alcune vecchie e polverose pubblicazioni. Inoltre, la presente tesi non dovrebbe essere trattata come un lavoro a se stante, ma come il primo mattone di un progetto che comprende tutte le maggiori pubblicazioni della storia. How to get an equation named after you (Part I) in particolare discute la serie di pubblicazioni del 1926 di Schrödinger "Quantisierung als Eigenwertproblem" e l’articolo del 1928 di Dirac "The Quantum Theory of the Electron", ovvero quei lavori dove le equazioni di Schrödinger e Dirac vennero per prime derivate. La serie di articoli del 1926 sommano ad un totale di oltre 100 pagine. Inizialmente Schrödinger dimostra come ciò su cui è basata la sua teoria possa spiegare correttamente fenomeni conosciuti come l’atomo di idrogeno e l’effetto Stark, per poi derivare la famosa equazione d’onda complessa del secondo ordine. I procedimenti matematici, in questi articoli, sono complicati e molte delle dimostrazioni non vengono mostrate oppure risultano inutilmente lunghe. La pubblicazione di Dirac invece ha principalmente a che fare con la derivazione dell’equazione, la sua generalizzazione e l’invarianza relativistica. Dimostra inoltre che tale equazione è compatibile con passate teorie. La lettura di Dirac è molto più sistematica, dato il largo utilizzo di dimostrazioni matematiche laddove Schrödinger avrebbe usato parole.

The quantum time-dependent harmonic oscillator

La presente tesi si propone di mostrare che l’oscillatore armonico quantistico dipendente dal tempo è un sistema risolvibile in maniera esatta. La trattazione è articolata in tre capitoli: nel primo viene richiamata la teoria dell’oscillatore armonico quantistico indipendente dal tempo, al fine di recuperare i concetti e le metodologie che sono comuni anche alla sua controparte dipendente dal tempo. Nel secondo capitolo viene fornita una breve introduzione alla teoria degli operatori invarianti dipendenti dal tempo, di cui ci interessa la loro relazione con le soluzioni dell’equazione di Schrödinger. Infine, nel terzo capitolo viene presentato il problema dell’oscillatore armonico quantistico dipendente dal tempo e discussa la sua soluzione esatta. In aggiunta se ne individuano gli stati coerenti.