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CAMPI ELETTROMAGNETICI
REGGIO DI CALABRIA
Dati Generali
Periodo di attività
Syllabus
Obiettivi Formativi
Il corso mira a fornire agli studenti le conoscenze fondamentali e gli strumenti applicativi necessari per comprendere e progettare dispositivi e sistemi basati su fenomeni quantistici. Al termine del corso lo studente è in grado di:
- comprendere i principi dell’elettrodinamica quantistica e le loro applicazioni nella computazione, comunicazione e sensoristica quantistica;
- applicare metodi computazionali e strumenti software per l’analisi e l’ottimizzazione di dispositivi quantistici;
- riconoscere il ruolo dell’ingegneria elettromagnetica nello sviluppo e nell’integrazione di tecnologie quantistiche emergenti.
Prerequisiti
Corsi di base di analisi matematica, fisica.
Metodi didattici
Lezioni frontali
Esercitazione al calcolatore
Verifica Apprendimento
L’esame consiste nella preparazione di una tesina, concordata con il Docente, relativa a uno o più argomenti trattati durante il corso, quali l’elettrodinamica quantistica, la quantizzazione dei campi elettromagnetici, il formalismo hamiltoniano, l’informazione quantistica e le applicazioni nelle comunicazioni, nel calcolo e nel sensing quantistico.
La prova orale comprende la discussione della tesina e un colloquio sugli argomenti del programma, con l’obiettivo di valutare la capacità dello studente di:
- comprendere e applicare i contenuti teorici del corso;
- interpretare modelli e formalismi dell’elettrodinamica quantistica e dell’informazione quantistica;
- valutare criticamente differenti approcci teorici e computazionali;
- comunicare le conoscenze acquisite utilizzando un linguaggio scientifico appropriato ed esporre in modo chiaro e rigoroso i contenuti teorici del corso.
Di norma vengono poste due domande, ciascuna delle quali è valutata con un punteggio compreso tra 18 e 30. Il voto finale corrisponde alla media aritmetica dei punteggi ottenuti nelle diverse domande. È possibile che una delle risposte venga richiesta in forma scritta durante la prova orale, limitatamente alla discussione di aspetti teorici o formali.
Criteri di valutazione
30 – 30 e lode: Conoscenza completa, approfondita e critica degli argomenti del corso, con particolare riferimento all’elettrodinamica quantistica, alla quantizzazione dei campi elettromagnetici e all’informazione quantistica; eccellente proprietà di linguaggio scientifico; capacità interpretativa originale e approfondita; piena autonomia nell’applicazione dei concetti teorici a contesti e problemi avanzati.
26 – 29: Conoscenza completa e approfondita degli argomenti trattati; ottima proprietà di linguaggio scientifico; efficace capacità interpretativa; autonomia nell’applicazione dei modelli teorici per l’analisi dei problemi proposti.
24 – 25: Buona conoscenza degli argomenti del corso; buona proprietà di linguaggio scientifico; corretta e sicura capacità interpretativa; capacità di applicare correttamente la maggior parte dei concetti teorici acquisiti.
21 – 23: Conoscenza adeguata degli argomenti, ma con limitata padronanza di alcuni contenuti; soddisfacente proprietà di linguaggio scientifico; corretta capacità interpretativa; capacità limitata di applicare autonomamente le conoscenze acquisite.
18 – 20: Conoscenza di base degli argomenti principali del corso; comprensione elementare del linguaggio scientifico; sufficiente capacità interpretativa; capacità di applicare le nozioni basilari acquisite.
Insufficiente: Gravi lacune nella conoscenza e nella comprensione degli argomenti trattati durante il corso e incapacità di applicare le conoscenze di base acquisite.
Testi
W. C. Chew, “Lectures on Electromagnetic Field Theory”, Lecture Notes, Purdue University, 2022.
T. E. Roth, “Fundamentals of Quantum Technology,” Lecture Notes, Purdue University, 2022.
D. J. Griffiths and D. F. Schroeter, “Introduction to Quantum Mechanics”, Cambridge University Press, 2018.
M. Nielsen and I. Chuang, “Quantum computation and quantum information”, Cambridge University Press, 2000.
M. M. Wilde, “Quantum information theory”, Cambridge University Press, 2017.
Contenuti
Il corso è finalizzato a fornire una preparazione teorica avanzata sui fondamenti dell’elettrodinamica quantistica e dell’informazione quantistica, con particolare attenzione alla descrizione quantistica dei campi elettromagnetici e alle applicazioni emergenti nelle comunicazioni, nel calcolo e nel sensing quantistico. Il corso introduce il formalismo hamiltoniano e la quantizzazione dei sistemi elettromagnetici, mettendo in evidenza il legame tra fenomeni classici e quantistici, nonché il ruolo della decoerenza, dell’entanglement e del rumore quantistico nei sistemi fisici reali.
Le principali attività didattiche riguardano:
- Introduzione all’elettrodinamica quantistica (0.5 CFU): importanza dell’elettrodinamica quantistica; connessione tra oscillazioni elettromagnetiche e pendolo semplice come sistema modello.
- Teoria hamiltoniana e quantizzazione (1 CFU): formulazione hamiltoniana dei sistemi fisici; equazione di Schrödinger; principi di quantizzazione applicati a sistemi elettromagnetici.
- Formulazione hamiltoniana e teoria quantistica delle equazioni di Maxwell (1.5 CFU): formulazione hamiltoniana delle equazioni di Maxwell; quantizzazione del campo elettromagnetico; teoria quantistica delle equazioni di Maxwell.
- Fondamenti di informazione quantistica (1 CFU): fondamenti della scienza dell’informazione quantistica; formalismo della matrice densità; stati puri e misti; operatore di densità e matrice densità.
- Informazione e comunicazioni quantistiche (1 CFU): decoerenza e rumore quantistico; entanglement; comunicazioni quantistiche; distribuzione quantistica delle chiavi; teletrasporto quantistico.
- Calcolo e sensing quantistico (1 CFU): elementi costitutivi di un computer quantistico; algoritmi quantistici e tecniche di ottimizzazione; sensori quantistici; stati compressi; fenomeno del ghost imaging.
RISULTATI ATTESI
Conoscenza e comprensione: A seguito del superamento dell’esame, lo studente conosce e comprende i concetti fondamentali dell’elettrodinamica quantistica e dell’informazione quantistica, inclusa la descrizione quantistica dei campi elettromagnetici, l’interazione luce–materia su scala quantistica e i principi di base dei sistemi di comunicazione, calcolo e sensing quantistico.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: A seguito del superamento dell’esame, lo studente è in grado di applicare le conoscenze teoriche acquisite all’analisi dei sistemi elettromagnetici quantistici, di utilizzare il formalismo hamiltoniano e le tecniche di quantizzazione dei campi e di interpretare fenomeni quali decoerenza, entanglement e rumore quantistico in contesti fisici e ingegneristici realistici.
Autonomia di giudizio: Per il superamento dell’esame lo studente deve essere in grado di valutare autonomamente diversi approcci teorici e computazionali per l’analisi dei sistemi quantistici, selezionando i metodi più appropriati in funzione delle ipotesi fisiche, dei vincoli tecnologici e degli obiettivi del problema considerato.
Abilità comunicative: Il corso e l’esame aiutano lo studente a sviluppare la capacità di comunicare in modo chiaro e rigoroso i concetti chiave e le principali problematiche delle tecnologie quantistiche, utilizzando una terminologia tecnico-scientifica appropriata e interagendo efficacemente con specialisti di discipline affini.
Capacità di apprendimento: A seguito del superamento dell’esame, lo studente è in grado di aggiornare autonomamente le proprie conoscenze mediante lo studio di articoli scientifici, manuali tecnici e documentazione in lingua inglese, e di approfondire nuove metodologie e temi emergenti nel campo delle tecnologie quantistiche.
Altre informazioni
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