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FISICA E TECNOLOGIE QUANTISTICHE

Roberta CITRO FISICA E TECNOLOGIE QUANTISTICHE

0512900020
DIPARTIMENTO DI FISICA "E.R. CAIANIELLO"
CORSO DI LAUREA
SCIENZE E NANOTECNOLOGIE PER LA SOSTENIBILITÀ
2024/2025

OBBLIGATORIO
ANNO CORSO 3
ANNO ORDINAMENTO 2022
PRIMO SEMESTRE
CFUOREATTIVITÀ
1FISICA QUANTISTICA (MODULO DI FISICA E TECNOLOGIE QUANTISTICHE)
648LEZIONE
2INTRODUZIONE ALLE TECNOLOGIE QUANTISTICHE (MODULO DI FISICA E TECNOLOGIE QUANTISTICHE)
648LEZIONE
GAETANO LAMBIASE1 T Curriculum
MASSIMO BLASONE1 Curriculum
ROBERTA CITRO2 Curriculum
CLAUDIO GUARCELLO2 Curriculum
Obiettivi
IL CORSO OFFRE UN’AMPIA INTRODUZIONE ALLE PRINCIPALI TEMATICHE DELLA FISICA QUANTISTICA MODERNA E DELLE SUE APPLICAZIONI NELLE TECNOLOGIE QUANTISTICHE.

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE
L'OBIETTIVO DEL CORSO E' QUELLO DI OFFRIRE UN QUADRO DETTAGLIATO DELLE PRINCIPALI TEMATICHE DELLA FISICA QUANTISTICA CON LA FINALITÀ DI RENDERE LO STUDENTE CAPACE DI ASSIMILARE LE CONOSCENZE ACQUISITE E DI AFFRONTARE PROBLEMI DI CARATTERE APPLICATIVO. PIU SPECIFICATAMENTE, VENGONO ILLUSTRATE GLI ELEMENTI FONDAMENTALI DELLA FISICA MECCANICA QUANTISTICA .
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE: GLI STUDENTI SONO GUIDATI AD APPRENDERE IN MANIERA CRITICA TUTTO CIÒ CHE VIENE SPIEGATO LORO IN CLASSE E AD ARRICCHIRE LE PROPRIE CAPACITÀ DI GIUDIZIO ATTRAVERSO L'ANALISI DI SPECIFICI PROBLEMI. L'OBIETTIVO E' DARE ALLO STUDENTE LA POSSIBILITA' DI INSERIRSI PRESSO ISTITUZIONI DI RICERCA, SIA NAZIONALI CHE INTERNAZIONALI, ED IN AMBITI INDUSTRIALE (APPLICAZIONI ALLA TECNOLOGIA QUANTISTICA, COMPUTER QUANTISTICI; ETC:).
Prerequisiti
IL CORSO È STRUTTURATO IN MODO TALE DA ESSERE FONDAMENTALE SIA PER GLI STUDENTI ORIENTATI SIA VERSO LA FISICA DELLE ALTE ENERGIE, SIA PER GLI STUDENTI CON INTERESSI VERSO LA FISICA DELLA MATERIA CONDENSATA E DELLO STATO SOLIDO. LE CONOSCENZE DELL'ANALISI MATEMATICA E FISICA DI BASE ACQUISITE DURANTE IL TRIENNIO DELLA LAUREA TRIENNALE SONO RICHIESTE.
Contenuti
IL CORSO INTENDE FORNIRE, IN MODO CONCISO E ADATTO ALLE APPLICAZIONI, LA CONOSCENZA DELLE NOZIONI DI BASE DELLA MECCANICA QUANTISTICA. HA INOLTRE LO SCOPO DI PREPARARE LO STUDENTE AL RAGIONAMENTO SCIENTIFICO.
IL CORSO INOLTRE TENDE A FAVORIRE LA CAPACITÀ DELLO STUDENTE DI ESPORRE IN MODO CHIARO E RIGOROSO LE CONOSCENZE ACQUISITE.


LE TEMATICHE AFFRONTATE SONO LE SEGUENTI:

MODULO 1-FISICA QUANTISTICA

CRISI DELLA FISICA CLASSICA. (4 ORE)

DUALITA' ONDA/PARTICELLA. PRINCIPIO DI INDETERMINAZIONE (4 ORE)

FORMULAZIONE DELLA MECCANICA QUANTISTICA (6 ORE)

METODI MATEMATICI DELLA MECCANICA QUANTISTICA (10 ORE)

EQUAZIONE D’ONDA NON RELATIVISTICA - EQUAZIONE DI SCHOEDINGER (4 ORE).

APPLICAZIONI: BUCHE DI POTENZIALE. OSCILLATORE ARMONICO. MOMENTO ALGOLARE. ATOMO DI IDROGENO (CENNI) (8 ORE)

LO SPIN DELLE PARTICELLE IN MECCANICA QUANTISTICA E APPLICAZIONI (4 ORE).

ENTANGLEMENT (4 ORE)

CENNI DI RELATIVITA' (4 ORE)

MODULO 2-INTRODUZIONE ALLE TECNOLOGIE QUANTISTICHE

INTRODUZIONE ALLE TECNOLOGIE QUANTISTICHE E LORO APPLICAZIONI (4 ORE): PANORAMICA SULLE TECNOLOGIE QUANTISTICHE; APPLICAZIONI PRINCIPALI DELLE TECNOLOGIE QUANTISTICHE IN VARI SETTORI
FONDAMENTI DI LOGICA CLASSICA E QUANTISTICA:
CENNI ALLA LOGICA CLASSICA (2 ORE): RAPPRESENTAZIONE ASTRATTA DI UN BIT; OPERATORI LOGICI CLASSICI; OPERATORI REVERSIBILI A SINGOLO BIT
INTRODUZIONE ALLA LOGICA QUANTISTICA (8 ORE): IL QUANTUM BIT (QUBIT); POLARIZZAZIONE DELLA LUCE E DEI FOTONI; SISTEMA A DUE LIVELLI COME PARADIGMA PER UN QUBIT; RAPPRESENTAZIONE CON LE MATRICI DI PAULI; MANIPOLAZIONE DEI QUBIT (EVOLUZIONE DINAMICA, OSCILLAZIONI DI RABI); PORTE LOGICHE QUANTISTICHE (NOT, C-NOT, HADAMARD)
REALIZZAZIONI FISICHE DEI QUBIT
QUBIT A STATO SOLIDO (2 ORE): PRINCIPI DI BASE E IMPORTANZA DEI QUBIT A STATO SOLIDO
INTRODUZIONE ALLA SUPERCONDUTTIVITÀ E QUBIT BASATI SU GIUNZIONI JOSEPHSON (6 ORE): INTRODUZIONE ALLA SUPERCONDUTTIVITÀ; EFFETTO JOSEPHSON; STRUTTURA E FUNZIONAMENTO DEI QUBIT BASATI SU GIUNZIONI JOSEPHSON
IL PUNTO QUANTICO (4 ORE):DEFINIZIONE E PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO DEI PUNTI QUANTICI; APPLICAZIONI DEI PUNTI QUANTICI NELLA COMPUTAZIONE QUANTISTICA;
QUBIT BASATI SU NANOFILI A SEMICONDUTTORI (3 ORE): STRUTTURA E FUNZIONAMENTO DEI QUBIT BASATI SU NANOFILI; TECNICHE DI FABBRICAZIONE E MANIPOLAZIONE; APPLICAZIONI NELLA COMPUTAZIONE QUANTISTICA
QUBIT IN PIATTAFORME FOTONICHE (3 ORE): PIATTAFORME FOTONICHE PER LA COMPUTAZIONE QUANTISTICA; REALIZZAZIONE E MANIPOLAZIONE DI QUBIT FOTONICI; APPLICAZIONI NELLA COMUNICAZIONE QUANTISTICA
APPROFONDIMENTI E APPLICAZIONI PRATICHE
VISITE IN LABORATORIO (SUPERCONDUTTIVITÀ) (2 ORE): DIMOSTRAZIONI PRATICHE SULLA SUPERCONDUTTIVITÀ
COMPUTAZIONE QUANTISTICA ED ALTRE APPLICAZIONI (3 ORE): CRITERI DI DI VINCENZO PER LA COMPUTAZIONE QUANTISTICA; INTRODUZIONE AI COMPUTER QUANTISTICI (D-WAVE); LE BATTERIE QUANTISTICHE: PRINCIPI E APPLICAZIONI
SIMULATORI QUANTISTICI: FONDAMENTI E TEST DI BASE (5 ORE); FONDAMENTI DEI SIMULATORI QUANTISTICI; TEST DI BASE E UTILIZZO PRATICO DEI SIMULATORI QUANTISTICI
METROLOGIA, COMUNICAZIONE E SENSING QUANTISTICI
INTRODUZIONE ALLA METROLOGIA QUANTISTICA (2 ORE)
PRINCIPI DI BASE DELLA COMUNICAZIONE QUANTISTICA (2 ORE)
INTRODUZIONE AL SENSING QUANTISTICO (2 ORE)

Metodi Didattici
IL CORSO VIENE SVOLTO CON LEZIONI FRONTALI, CURANDO IN MODO PARTICOLARE METODO, DIMOSTRAZIONI ED APPLICAZIONI. L'INTENTO E' FORNIRE AGI STUDENTI CONOSCENZE SPECIFICHE PER FORMULARE MODELLI PER LA DESCRIZIONE DI FENOMENI FISICI, SVOLGERE ATTIVITA' DI RICERCA IN ALTRE UNIVERSITA' ED ENTI DI RICERCA. LE APPLICAZIONI/ESERCITAZIONI FANNO PARTE INTEGRANTE DEL CORSO. IL CORSO SI DIVIDE ESSENZIALMENTE IN TRE MASCROSETTORI: CRISI DELLA MECCANICA CLASSICA (8 ORE) MECCANICA QUANTISTICA (8 ORE); APPLICAZIONI (8 ORE)
Verifica dell'apprendimento
LE MODALITA' DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO SI BASANO SU COLLOQUI DELLE TEMATICHE SVOLTE AL CORSO PER VERIFICARE CHE LO STUDENTE ABBIA COMPRESO GLI ARGOMENTI TRATTATI.
SI RICHIEDE INOLTRE CHE LO STUDENTE ESPONGA IN MODO CHIARO ED ESAUSTIVO GLI ARGOMENTI STUDIATI E DIMOSTRI CAPACITÀ DI GIUDIZIO CRITICO AUTONOMO. IL LIVELLO DI VALUTAZIONE DELL'ESAME PUO' VARIARE DA UN PUNTEGGIO MINIMO AD UNO MASSIMIO.
IL LIVELLO DI VALUTAZIONE MINIMO (18/30) VIENE ATTRIBUITO NEL CASO IN CUI LO STUDENTE DIMOSTRI SUFFICIENTE PADRONANZA NELL’ESPOSIZIONE ED UNA LIMITATA CONOSCENZA DEGLI ARGOMENTI PRINCIPALI DEL PROGRAMMA.
IL LIVELLO MASSIMO (30/30) È ATTRIBUITO INVECE QUANDO LO STUDENTE DIMOSTRA UNA CONOSCENZA COMPLETA ED APPROFONDITA CONOSCENZA DEGLI ARGOMENTI ED È IN GRADO DI RISOLVERE ED IMPOSTARE I PROBLEMI PROPOSTI DURANTE L’ESAME.
LA LODE INFINE VIENE ATTRIBUITA QUANDO IL CANDIDATO DIMOSTRA SIGNIFICATIVA PADRONANZA DEI CONTENUTI DEL PROGRAMMA,ED È CAPACE DI ESPORRE GLI ARGOMENTI CON PROPRIETÀ DI LINGUAGGIO E CAPACITÀ DI
ELABORAZIONE AUTONOMA, ANCHE IN CONTESTI DIVERSI DA QUELLI PROPOSTI DAL DOCENTE.
LA DURATA DELL'ESAME E' MEDIAMENTE DI 1 ORA E MEZZA.
Testi
D.J. GRIFFITHS, INTRODUCTION TO QUANTUM MECHANICS

APPUNTI E NOTE DEL CORSO


NOTES OF THE COURSE

RAMON AGUADO, ROBERTA CITRO, MACIEJ LEWENSTEIN AND MICHAEL STERN , “NEW TRENDS AND PLATFORMS FOR QUANTUM TECHNOLOGIES”, EDITED SPRINGER (2024);

R. P. FEYNMAN "LECTURES ON PHYSICS", VOL. 3.;

M. LE BELLAC “A SHORT INTRODUCTION TO QUANTUM INFORMATION AND QUANTUM COMPUTATION”. CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS (2006);

V.K. KHANNA: “INTRODUCTORY NANOELECTRONICS - PHYSICAL THEORY AND DEVICE ANALYSIS”, CRC PRESS, 2021, BOCA RATON

Altre Informazioni
LA PRESENZA DEGLI STUDENTI AL CORSO E' FORTEMENTE CONSIGLIATA. INOLTRE LO STUDENTE È INVITATO A CONTATTARE IL DOCENTE SIA MEDIANTE INCONTRI (ANCHE AL DI FUORI DEGLI ORARI DI RICEVIMENTO) SIA MEDIANTE POSTA ELETTRONICA DEL DOCENTE.
Orari Lezioni

  BETA VERSION Fonte dati ESSE3 [Ultima Sincronizzazione: 2024-11-18]