Il concetto di coerenza è intimamente correlato con la possibilità di dare origine all’interferenza, ovvero la caratteristica saliente dei fenomeni ondulatori. Esistono molteplici applicazioni ingegneristiche che utilizzano come principio di funzionamento l’interferenza tra onde elettromagnetiche ed è quindi molto importante sviluppare una comprensione dei meccanismi che legano le proprietà di coerenza della radiazione con le caratteristiche dell’interferenza, sia dal punto di vista teorico che sperimentale. Obiettivo fondamentale dell’Insegnamento è quindi fornire gli strumenti per comprendere il legame tra coerenza e interferenza e la capacità di interpretare, sia dal punto di vista teorico che sperimentale, le conseguenze che derivano dall’utilizzo di sorgenti di onde parzialmente coerenti. L’Insegnamento è idealmente suddiviso in due parti: - la prima è dedicata alla visione macroscopica della radiazione elettromagnetica - la seconda si concentra sul punto di vista quantistico, rendendo centrale il ruolo del fotone come quanto del campo elettromagnetico In questo modo, verrà dato spazio ad esempi di applicazione della coerenza delle onde elettromagnetiche che spaziano dall’ottica (ad esempio l’olografia) alla computazione quantistica (teletrasporto quantistico, crittografia). Si segnala che la seconda parte dell’Insegnamento fornisce nozioni preliminari di computazione quantistica (qu-bit, porte quantistiche) ed è propedeutica al corso di laurea magistrale “Quantum Engineering”.

Al termine dell’Insegnamento, le studentesse e gli studenti: - conosceranno le proprietà delle onde EM e la lora interazione con la materia - comprenderanno il legame tra la coerenza della radiazione e l’interferenza e come misurare il grado di coerenza parziale della radiazione - acquisiranno i principi della trattazione quantistica della radiazione elettromagnetica, basata sul concetto di fotone - avranno gli strumenti di base per comprendere la computazione quantistica, con particolare attenzione dedicata alle principali differenze rispetto alla computazione classica Inoltre le studentesse e gli studenti acquisiranno le seguenti abilità di carattere più generale: - analizzare il rapporto che esiste tra teoria e esperimento - riconoscere analogie tra teorie diverse che utilizzano lo stesso formalismo matematico - contestualizzare argomenti complessi e discuterne gli aspetti fondamentali

Le conoscenze ritenute già acquisite riguardano la Fisica di base (meccanica, termodinamica, elettromagnetismo), Matematica di base (Analisi I e II e Geometria) e la Chimica di base (livelli atomici e molecolari, transizioni). Per quanto riguarda le Fisica Quantistica, non è un prerequisito fondamentale, in quanto durante l’Insegnamento verranno fornite nozioni introduttive che permetteranno a tutte le studentesse e gli studenti di comprendere gli argomenti della seconda parte del corso.

Prima parte dell’Insegnamento: visione macroscopica della radiazione elettromagnetica - Proprietà delle onde EM, algebra di Jones, interazione radiazione-materia (dispersione e assorbimento) - Introduzione al concetto di coerenza e lunghezze di coerenza, Teoria della coerenza parziale, legame tra interferenza e coerenza, misure di lunghezze di coerenza - Principi fisici dei dispositivi laser (emissione stimolata), elementi di base di un dispositivo laser, coerenza dei laser - Principi base dell’olografia, applicazioni dell’olografia Seconda parte del corso: visione quantistica della radiazione elettromagnetica - Algebra di polarizzazione del singolo fotone e interferometria a singolo fotone - Stati quantistici a due fotoni e correlazione quantistica (entanglement) - Paradosso di Einstein-Podolsky-Rosen (EPR), disuguaglianza di Bell, esperimento di Aspect - Introduzione alla computazione quantistica, Teletrasporto quantistico e Crittografia quantistica

L’Insegnamento comprende esclusivamente lezione frontali (approssimativamente 60 ore); non ci sono quindi esercitazioni. Particolare attenzione viene riservata all’insegnamento dei principi fisici fondamentali, con riferimento agli esperimenti e alle possibili applicazioni tecnologiche che ne fanno uso. Verranno forniti alle studentesse e agli studenti alcuni notebook interattivi in linguaggio di programmazione Python, in modo da stimolare l’apprendimento dei concetti fondamentali attraverso visualizzazione grafica.

Tutti gli argomenti trattati durante l’Insegnamento sono supportati da slide fornite alle studentesse e agli studenti attraverso il portale della didattica nella sezione dedicata al materiale didattico. Non esiste un unico testo di riferimento per tutto l’Insegnamento: per ogni lezione sono indicati al fondo delle slide libri di riferimento, link e riferimenti ad articoli scientifici che possono essere utilizzati sia come base per lo studio (oltre alle slide), sia come approfondimento.

Slides;

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;

Exam: Written test; Optional oral exam;

... La verifica finale si articola su una prova scritta obbligatoria, a cui si aggiunge una prova orale facoltativa. Lo scritto, della durata massima di 1 ora e 30 minuti, consiste di due parti (punteggio massimo 30 punti e Lode): - la prima parte comprende quesiti a risposta multipla (4 quesiti, 2 punti per ogni risposta giusta) - la seconda parte comprende due domande aperte nella quale gli studenti devono discutere per iscritto e per esteso due argomenti di carattere generale attinenti al programma svolto (11 punti massimi per ogni domanda) La Lode viene attribuita a discrezione del Docente nei casi in cui la studentessa o lo studente dimostrino particolare chiarezza, rigore e organizzazione complessiva nell’esposizione dei concetti. Entrambe le parti dell’esame sono volte ad accertare che le studentesse e gli studenti abbiano acquisito le conoscenze che l’Insegnamento intende trasmettere. Inoltre, l’obiettivo della seconda parte dell’esame scritto è valutare la capacità delle studentesse e degli studenti di contestualizzare gli argomenti dell’Insegnamento ed esporli per iscritto in maniera organizzata e sottolineando gli aspetti più importanti. Non è consentito l’uso di supporti didattici di alcun tipo. Se le studentesse o gli studenti non optano per la prova orale integrativa il punteggio dello scritto, espresso in trentesimi, corrisponde al voto. In caso di orale integrativo il voto sarà una media dell’esito dello scritto e di quello dell’orale.

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.