L’insegnamento si pone l’obiettivo di introdurre gli studenti alle frontiere della Fotonica, presentando numerose tecnologie che utilizzano la luce per diverse importanti applicazioni. Si offrirà in particolare nella parte iniziale del corso una ampia panoramica del settore delle telecomunicazioni moderne, che negli ultimi due decenni sono progressivamente evolute verso un massiccio utilizzo delle trasmissioni in fibra ottica (e relativi componenti). La parte successiva del corso tratterà dei sensori ottici e del loro utilizzo applicativo in vari ambiti dell’Ingegneria. L’ultima parte del corso sarà infine dedicata alla affascinante attività di frontiera del settore ella Fotonica, che oggi propone di utilizzare alcuni principi della meccanica quantistica per applicazioni di Quantum Criptography e di Quantum Computing. Il corso prevede un mix di lezioni in aula, tenute con un approccio divulgativo e orientato alle applicazioni e esperienze “hands-on” in laboratorio.

1. L’insegnamento prevede brevi moduli di introduzione alle seguenti tecnologie e applicazioni: Reti di telecomunicazioni ad elevato bit rate: il modulo fornisce metodi per comprendere le caratteristiche macroscopiche dei moderni sistemi di telecomunicazioni, con particolare enfasi a quelle in fibra ottica. 2. Componenti fotonici: il modulo fornisce competenze di base per conoscere i componenti ottici necessari per le applicazioni descritte nel modulo precedente. I due moduli vengono ulteriormente approfonditi in una serie di esperienze di laboratorio, che permetteranno allo studente di avere competenze relative a misure sperimentali nel settore. 3. Sensori ottici: il modulo fornisce le competenze di basa per alcune applicazioni pratiche della sensoristica ottica. 4. Quantum Criptography: il modulo introduce ai metodi alla base delle trasmissioni basate su Quantum Key Distribution (QKD). Al termine del modulo gli studenti avranno le competenze per comprendere ad alto livello i principi di funzionamento di queste tecniche trasmissive. 5. Quantum computing (QC). Il modulo introduce la nuova metodologia di calcolo, che sfrutta i principi della meccanica quantistica. Al termine delle lezioni gli studenti avranno acquisito competenze di base sul QC e sull’uso delle principali piattaforme di calcolo commerciali. L’insegnamento in generale si pone come obiettivo di dare agli studenti conoscenze di base e molto trasversali sul tema della fotonica utilizzata in alcune ambiti di notevole importanza applicativa, per permetterne l’utilizzo delle stesse nella vita professionale e nel mondo della ricerca.

Gli studenti devono possedere le conoscenze di base acquisite nei precedenti corsi di Fisica e di Informatica. I docenti richiameranno concetti di base a lezione per permettere agli studenti di affrontare l’insegnamento senza requisiti.

L’insegnamento si compone di 6 moduli che introducono le tecnologie di frontiera nel mondo delle applicazioni della fotonica a diversi e importanti ambiti tecnologici, dalle telecomunicazioni ai sensori ottici, arrivando sino alle recentissime evoluzioni verso la Quantum Cryptography e il Quantum Computing. I moduli alternano lezioni di carattere divulgativo ed esperienze in laboratorio. Nel dettaglio: - Introduzione alle telecomunicazioni: il modulo prevede 9 ore introduttive relative alle moderni reti di telecomunicazioni, dove si evidenzierà l’importanza dei sistemi di trasmissione in fibra ottica. - Componenti per la fotonica: il modulo prevede 9 ore dedicate ad offrire una panoramica sui principali componenti per le applicazioni ottiche trattate in questo corso, e in particolare fibre ottiche, laser e modulatori ottici. - Esperienze sperimentali al laboratorio PhotoNext: il modulo prevede 12 ore dedicate a visite ed esperienze hands-on al laboratorio di ottica applicata del Centro Interdipartimentale PhotoNext (www.photonext.polito.it ), dove sarà possibile partecipare ad esperimenti sulle tematiche dei precedenti due moduli del corso - Fotonica per i sensori: il modulo prevede 12 ore dedicate ad offrire una panoramica sull’utilizzo di alcuni tipi di sistemi fotonici per realizzare sensori ottici con applicazioni negli ambiti del monitoraggio ambientale, della meccanica e dell’aeronautica. Il modulo prevede un mix di presentazioni teoriche in aula ed esperienze di laboratorio. - Quantum Cryptography: il modulo prevede 6 ore dedicate a fornire una panoramica divulgativa sulla crittografia basata su tecniche quantistiche, un settore che, dopo decenni di studi teorici, è oggi pronto per applicazioni pratiche finalizzate a trasmissioni digitali iper-sicure. Sarà fornito un software simulativo (Qiskit/Netsquid) con il quale si potranno simulare sistemi di Quantum Key Distribution (QKD). - Quantum Computing: il corso si chiuderà con un argomento di frontiera, con 12 ore dedicate a fornire una panoramica divulgativa sul Quantum Computing, cioè sull’uso di tecniche quantistiche per il computing ad altissime prestazioni. Si tratta di un settore assolutamente all’avanguardia e che potrebbe rivoluzionare il futuro dell’informatica. Sarà fornito un software simulativo (Qiskit) con il quale si simuleranno gli algoritmi alla base del quantum computing.

Sono previste visite ed esperimenti ai laboratori del Centro Interdipartimentale PhotoNext, per portare gli studenti a contatto con le tecnologie alla base delle applicazioni presentate durante il corso.

L’insegnamento si svolge per circa 35 ore di lezioni frontali in aula, e 25 ore dedicate a visite, esperienze pratiche in laboratorio e esercitazioni al computer. Gli studenti, sempre lavorando in gruppo, prepareranno relazioni di laboratorio su tematiche specifiche.

I docenti metteranno a disposizione dispense delle lezioni e delle esercitazioni, i manuali e il materiale necessario per le esercitazioni di laboratorio e per lo svolgimento dei progetti. Tutto il materiale didattico sarà scaricabile attraverso il portale.

Modalità di esame: Accertamento (esame senza voto);

Exam: Check;

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Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.