- Oggetto:
- Oggetto:
Quantum Technologies with Laboratory
- Oggetto:
Quantum Technologies with Laboratory
- Oggetto:
Anno accademico 2025/2026
- Codice attività didattica
- FIS0246
- Docenti
- Jacopo Forneris (Titolare)
Paolo Olivero (Titolare) - Corso di studio
- 0601M21-101 Laurea Magistrale in Fisica – indirizzo Fisica Nucleare, Subnucleare e Biomedica
0601M21-105 Laurea Magistrale in Fisica – indirizzo Fisica del Sistema Meteoclimatico, Generale e delle Tecnologie Avanzate - Anno
- 1° anno, 2° anno
- Periodo
- Primo semestre
- Tipologia
- D=A scelta dello studente
- Crediti/Valenza
- 6
- SSD attività didattica
- FIS/03 - fisica della materia
- Erogazione
- Tradizionale
- Lingua
- Italiano
- Frequenza
- Facoltativa
- Tipologia esame
- Orale
- Prerequisiti
-
In order to profitably access to the contents of this course, the students should have familiarity with basic (i.e. bachelor-degree-level) concepts in Quantum Mechanics. Also basic concepts in Solid State Physics are functional to this course.
Allo scopo di fruire ottimamente dei contenuti di questo corso, gli studenti dovrebbero avere familiarità con concetti basilari (i.e. a livello del corso di laurea triennale) di Meccanica Quantistica. Inoltre, concetti basilari nella Fisica dello Stato Solido sono funzionali a questo insegnamento. - Oggetto:
Sommario insegnamento
- Oggetto:
Avvisi
- Oggetto:
Obiettivi formativi
- providing general concepts at the basis of the quantum technologies field
- providing essential concepts in the following fields of quantum technologies: quantum computing, quantum communication, quantum sensing
- intruducing the main experimental platforms in quantum technologies, with specific focus on solid-state systems and photonics
- provide basic experimental expertise in the fields of: quantum communication (quantum cryptography schemes), quantum sensing (solid-state systems with spin-dependent quantum-optical properties)
- fornire i concetti generali che stanno alla base del campo delle tecnologie quantistiche
- fornire i concetti essenziali nei seguenti campi delle tecnologie quantistiche: computazione quantistica, comunicazione quantistica, sensoristica quantistica
- introdurre le principali piattaforme sperimentali nelle tecnologie quantistiche, con un particolare focus tematico sui sistemi a stato solido e sulla fotonica
- trasmettere competenze sperimentali di base nei campi di: comunicazione quantistica (schemi di crittografia quantistica), sensoristica quantistica (sistemi a stato solido con proprietà quanto-ottiche dipendenti dallo stato di spin)
- Oggetto:
Risultati dell'apprendimento attesi
Knowledge and understanding
- understanding of the essential concepts at the basis of quantum computation, communication and sensing
- knowledge of the main experimental platforms in quantum technologies, with a specifc focus on solid-state systems
Applying knowledge and understanding
- skills in understanding and applying the physical models functional to the implementation of schemes in quantum computation, communication and sensing
- skills in planning and performing experimental activities in the fields of quantum communication and quantum sensing
Conoscenza e capacità di comprensione
- comprensione dei concetti essenziali alla base dei campi della computazione, comunicazione e sensoristica quantistiche
- conoscenza delle principali piattaforme sperimentali nelle tecnologie quantistiche, con un particolare focus tematico sui sistemi a stato solido
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
- capacità di comprendere e padroneggiare i modelli fisici funzionali all’implementazione di schemi di computazione, comunicazione e sensoristica quantistiche
- capacità di pianificare ed effettuare attività sperimentali nei campi della comunicazione quantistica e sensoristica quantistica
- Oggetto:
Programma
Frontal lectures:
- quantum technologies: the birth of the second quantum revolution
- essential physical concepts: quantum entanglement, quantum teleportation, no-cloning theorem, Bell states
- quantum computing: quantum bits and logic gates, hints to the main quantum algorithms (Deutsch, Deutsch–Jozsa, Shor, etc.)
- quantum communication: basic concepts, single-photon sources and auto-correlation funcions, main quantum cryptography codes (BB84, etc.)
- quantum sensing: basic concepts, solid-state systems based on optically active defects with spin properties, the nitrogen-vacancy system in diamond
- experimental platforms: optical systems, superconducting devices, cold atoms, solid-state systems
Experimental sessions:
- experiments on a key-exchange system based on the BB84 quantum cryptograhy scheme
- characterization of single-photon sources with photoluminescence confocal microscopy
- characterization of quantum magnetometers based on Zeeman effect in luminescent systems in diamond
Lezioni frontali:
- le tecnologie quantistiche: nascita della seconda rivoluzione quantistica
- concetti fisici essenziali: entanglement quantistico, teletrasporto quantistico, no-cloning theorem, stati di Bell
- computazione quantistica: bit e gate logici quantistici, cenni ai principali algoritmi quantistici (Deutsch, Deutsch–Jozsa, Shor, etc.)
- comunicazione quantistica: concetti di base, sorgenti di singolo fotone e funzioni di auto‑correlazione, principali codici di crittografia quantistica (BB84, etc.)
- sensoristica quantistica: concetti di base, sistemi a stato solido basati su difetti otticamente attivi con proprietà di spin, il sistema azoto-vacanza in diamante
- piattaforme sperimentali: sistemi ottici, sistemi a superconduttore, atomi freddi, sistemi a stato solido
Sessioni sperimentali:
- sperimentazioni su un sistema di scambio di chiave basato sullo schema di crittografia quantistica BB84
- caratterizzazione di sorgenti di singolo fotone mediante microscopia confocale in fotoluminescenza
- caratterizzazione di magnetometri quantistici basati sull’effetto Zeeman in difetti luminescenti in diamante
- Oggetto:
Modalità di insegnamento
The course is organized on 32 hours (corresponding to 4 CFU) of frontal lectures and 20 hours (corresponding to 2 CFU) of laboratory activities.
Attendance at the frontal lectures is not mandatory, while the attendance at the laboratory activities is mandatory (minimum 70% frequency).
Frontal lectures timeable (prof. Olivero)
# date time room 1 24/09/2025 11-13 Verde 2 25/09/2025 9-11 Franzinetti 3 01/10/2025 11-13 Verde 4 02/10/2025 9-11 Franzinetti 5 15/10/2025 11-13 Verde 6 16/10/2025 9-11 Franzinetti 7 22/10/2025 11-13 Verde 8 23/10/2025 9-11 Franzinetti 9 05/11/2025 11-13 Verde 10 06/11/2025 9-11 Franzinetti 11 12/11/2025 11-13 Verde 12 13/11/2025 9-11 Franzinetti 13 26/11/2025 11-13 Verde 14 27/11/2025 9-11 Franzinetti 15 03/12/2025 11-13 Verde 16 10/12/2025 11-13 Verde L'insegnamento è organizzato in 4 CFU (32 ore) di didattica frontale e 2 CFU (20 ore) di didattica laboratoriale.
La frequenza alle lezioni frontali è facoltativa, mentre è obbligatoria (frequenza minima 70%) per le sessioni di laboratorio.Orario delle lezioni frontali (prof. Olivero)
# data orario aula 1 24/09/2025 11-13 Verde 2 25/09/2025 9-11 Franzinetti 3 01/10/2025 11-13 Verde 4 02/10/2025 9-11 Franzinetti 5 15/10/2025 11-13 Verde 6 16/10/2025 9-11 Franzinetti 7 22/10/2025 11-13 Verde 8 23/10/2025 9-11 Franzinetti 9 05/11/2025 11-13 Verde 10 06/11/2025 9-11 Franzinetti 11 12/11/2025 11-13 Verde 12 13/11/2025 9-11 Franzinetti 13 26/11/2025 11-13 Verde 14 27/11/2025 9-11 Franzinetti 15 03/12/2025 11-13 Verde 16 10/12/2025 11-13 Verde - Oggetto:
Modalità di verifica dell'apprendimento
The final exam will consist of an oral colloquium of around 30 minutes in which the teacher will evaluate:
- the understandiong of the contents of the frontal lectures
- the contents of the laboratory reports, that must be produced in groups and deliver at least one week before the date of the exam; each group component is responsible of all contents of the corresponding group report
The evaluation of the labo reports will have a 30% weight in the determination of the final mark.
L'esame finale consisterà in un colloquio orale della durata di circa 30 minuti in cui si valuteranno:
- la comprensione dei contenuti delle lezioni frontali
- i contenuti delle relazioni delle attività di laboratorio, che devono essere prodotti a gruppi e consegnare almeno una settimana prima dell'esame; ciascunocomponente del gruppo sarà responsabile dell’intero contenuto delle relazioni prodotte dal proprio gruppo
La valutazione della relazione di laboratorio peserà per il 30% nella determinazione del voto finale.
Testi consigliati e bibliografia
- Oggetto:
- Libro
- Titolo:
- Quantum Computation and Quantum Information
- Anno pubblicazione:
- 2000
- Editore:
- Cambridge University Press
- Autore:
- M. A. Nielsen, I. L. Chuang
- ISBN
- Obbligatorio:
- No
- Oggetto:
- Libro
- Titolo:
- Introduction to Quantum Technologies
- Anno pubblicazione:
- 2022
- Editore:
- Springer
- Autore:
- A. Osada , R. Yamazaki , A. Noguchi
- ISBN
- Obbligatorio:
- No
- Oggetto:
Note
In case of special needs and disabilities, information can be found on these web sites: link1, link2.
Nei casi di DSA o altra disabilità sono previste modalità di supporto e di accoglienza di Ateneo, ed in particolare sono dettagliate le procedure necessarie per il supporto in sede d’esame.
- Oggetto:
Orario lezioni
Giorni Ore Aula Mercoledì 11:00 - 13:00 Aula Verde Dipartimento di Fisica Giovedì 9:00 - 11:00 Sala Franzinetti Dipartimento di Fisica Venerdì 14:00 - 16:00 Aula D Dipartimento di Fisica Lezioni: dal 24/09/2025 al 09/01/2026
- Registrazione
- Chiusa
- Apertura registrazione
- 01/10/2024 alle ore 00:00
- Chiusura registrazione
- 31/01/2026 alle ore 00:00
- N° massimo di studenti
- 100 (Raggiunto questo numero di studenti registrati non sarà più possibile registrarsi a questo insegnamento!)
- Oggetto:
