Obiettivi Formativi

Il corso si propone di fornire la conoscenza degli argomenti più rilevanti riguardanti: i fenomeni ottici quantistici, i meccanismi fondamentali che governano l'interazione luce-materia; la conoscenza dei principi e dei principali protocolli dell'informazione quantistica le tecnologie quantistiche di seconda generazione.

Learning Goals

The course aims to provide knowledge of the most relevant topics regarding: quantum optical phenomena, knowledge of the fundamental mechanisms governing light-matter interaction; knowledge of the principles and the main protocols of quantum information second-generation quantum technologies.

Metodi didattici

Lezioni Frontali: Presentazioni (Power Point, pdf video), Lezioni alla lavagna, Mappe concettuali Esercitazioni svolte dal docente, esercitazioni guidate svolte dal docente. Esercizi da svolgere in aula in gruppo e/o individualmente. Si proporranno anche esercizi da svolgere a casa individualmente. Si proporranno problemi o argomenti complementari che gli studenti potranno approfondire e discutere in aula. 

Teaching Methods

Lectures in the classroom: Presentations (PowerPoint, video, pdf documents), Lessons on the blackboard, Conceptual maps Exercises given by the teacher, guided exercises with teacher support. Group and/or independent exercises in the classroom. Independent homework will be assigned. Particular interesting problems and complementary topics will be proposed to students who will deepen and discuss them in the classroom.

Prerequisiti

Sono richieste sia conoscenze di base della meccanica quantistica, delle regole di selezione e della relatività speciale. Sono necessarie anche competenze sulle trasformate di Fourier, degli spazi vettoriali a dimensioni infinite e di analisi complessa. 

Prerequisites

Knowledge on the foundations of quantum mechanics, of selection rules, and special relativity theory are required. Knowledge on Fourier’s transforms, infinite-sized vector spaces and complex analysis methods are also needed. 

Verifiche dell'apprendimento

L'esame consiste in una prova scritta (problemi) e una discussione orale. La discussione si baserà su domande aperte su un argomento diverso. Lo studente può iniziare con una presentazione su un argomento del corso di sua scelta. Lo scopo della discussione è accertare: - la comprensione delle basi fisiche delle interazioni luce-materia; - la comprensione delle applicazioni rilevanti dell'ottica atomica e delle tecnologie quantistiche. La prova scritta indurrà lo studente ad applicare la teoria a specifici problemi scientifici. Inoltre, la prova orale e la possibilità di presentare un argomento a scelta dello studente prima della discussione generale indurrà lo studente a imparare ad organizzare e fornire una presentazione scientifica efficace.

Assessment

The exam consists in written examination (problems) and an oral discussion. The discussion will be based on open questions on a different topic. The student can start with a presentation on a topic of the course of his choice. The aim of the discussion is to ascertain: - the understanding of the physical basis of light-matter interactions; - the understanding of relevant applications of atom optics and quantum technologies. The written test will induce the student to apply the theory to specific scientific problems. In addition, the oral exam and the possibility to present one topic at the student's choice before the general discussion will force the student to learn how to organize and deliver an effective scientific presentation.

Programma del Corso

Una introduttiva dell'ottica classica e della teoria quantistica fornisce agli studenti il necessario background teorico. Il corso propone lo studio dei principi di base dell'ottica quantistica, il loro utilizzo per comprendere i meccanismi fondamentali dell'interazione luce-materia e la possibilità di sfruttare questi concetti. Esso inoltre descrive alcune delle tecnologie quantistiche avanzate che consentono lo sviluppo dell'ottica e della fisica quantistica moderna . In particolare il corso si articola in cinque parti fondamentali: Parte I Descrizione semiclassica dell'interazione materia-luce Parte II Descrizione quantistica della luce e sua interazione con la materia, Parte III Interazioni atomo-fotone Parte IV Sovrapposizione entanglement e teletrasporto quantistico Parte V Tecnologie quantistiche

Course Syllabus

An introductory review of classical optics and quantum theory provides the students with the necessary theoretical background. The course provides a study of the basic principles of quantum optics, their use to understand the fundamental mechanisms of light-matter interaction and the possibility to exploit these concepts.It also explores some of the advanced quantum technologies enabling development of modern quantum optics and physics. In particular the course is divided in four fundamental parts: Part I Semi-classical description of matter–light interaction Part II Quantum description of light and its interaction with matter, part III Atom–photon interactions Part IV Superposition entanglement and quantum teleportation Part IV Quantum Technologies