Conoscenze di base di Meccanica Quantistica non relativistica, Elettromagnetismo classico (Equazioni di Maxwell) e Ottica fisica.

lL corso fornisce le basi teoriche e applicative della Scienza e Tecnologia Quantistica basata su piattaforme fotoniche. Partendo dai concetti fondanti della Meccanica Quantistica — quali il dualismo onda-particella e l'entanglement — l'insegnamento illustra la quantizzazione del campo elettromagnetico, la generazione di stati quantistici della luce e le principali applicazioni della fotonica quantistica nella computazione e nella interazione forte luce materia. Polariton Chemisrty e elettrodinamica quantistica di cavità 

• Conoscenza e capacità di comprensione: Comprendere il formalismo della quantizzazione del campo elettromagnetico, le proprietà degli stati quantistici della luce (singoli fotoni, stati intrecciati, stati compressi) e i principi fondamentali dell'informazione quantistica fotonica.

• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Saper descrivere ed analizzare circuiti fotonici integrati, protocolli di crittografia quantistica (QKD) e schemi d'interferometria quantistica ad un singolo fotone.

• Autonomia di giudizio: Valutare criticamente i vantaggi applicativi delle tecnologie fotoniche rispetto alle implementazioni classiche.

• Abilità comunicative: Esporre concetti complessi dell'ottica e tecnologia quantistica con rigore e formalismo fisico-matematico adeguato.

Lezioni frontali  per lo sviluppo dei concetti teorici e formali ed esercitazioni numeriche e di ,laboratorio orientate alla simulazione di dispositivi fotonici e realizzazione di cavità in regime di strong coupling per polaeiton chemisrty.

Esame  scritto e pratico finale basato sugli argomenti del programma. Discussione di un articolo selezionato col docente.

Programma esteso

• 1. Fondamenti ed Esperimenti Concettuali:

  • Il dualismo onda-corpuscolo della luce e il concetto di fotone.

  • L'esperimento delle due fenditure di Young a singolo fotone e l'interferometro di Mach-Zehnder.

  • Complementarità di Bohr, informazione sulla traiettoria ("Which-way information") e cancellatore quantistico (Quantum Eraser).

• 2. Quantizzazione del Campo Elettromagnetico:

  • Modelli quantistici del campo EM nel vuoto e in cavità.

  • Stati di Fock (stati a numero di fotoni fisso), stati coerenti e stati compressi (squeezed states).

  • Funzioni di correlazione del primo e del secondo ordine ed esperimento di Hanbury Brown-Twiss.

• 3. Entanglement e Non-Località Fotonica:

  • Generazione di coppie di fotoni entangled tramite conversione parametrica verso il basso (SPDC).

  • Stati di Bell, disuguaglianze di Bell e test empirici di non-località (esperimenti di Aspect).

  • Indistinguibilità dei fotoni ed effetto Hong-Ou-Mandel (HOM).

• 4. Tecnologie e Applicazioni della Fotonica Quantistica:

  • Fonti di singoli fotoni on-demand e rilevatori a singolo fotone (SNSPD, APD).

  • Circuiti fotonici integrati (PIC) e porte logiche quantistiche fotoniche.

  • Teletrasporto quantistico.

Introduction to Quantum Optics: From the Semiclassical Approach to Quantized Light (Gilbert Grynberg, Alain Aspect e Claude Fabre, pubblicato da Cambridge University Press)