ID:
136561
Tipo Insegnamento:
Opzionale
Durata (ore):
64
CFU:
8
SSD:
CAMPI ELETTROMAGNETICI
Url:
INGEGNERIA ELETTRONICA PER L'ICT/Percorso Comune Anno: 1
Anno:
2024
Dati Generali
Periodo di attività
Secondo Semestre (24/02/2025 - 05/06/2025)
Syllabus
Obiettivi Formativi
L'obiettivo principale di questo insegnamento è quello di fornire alle studentesse ed agli studenti conoscenze approfondite sui principi di funzionamento e sulle tecniche di analisi e di progetto di circuiti fotonici e quantistici, con applicazioni all’elaborazione e trasmissione dei segnali. Le conoscenze acquisite permetteranno loro di familiarizzare con alcuni blocchi funzionali fondamentali e scegliere fra questi quelli più adatti alle applicazioni richieste.
Durante il corso, si illustreranno e troveranno applicazione gli strumenti matematici e numerici necessari all’analisi e progetto di circuiti fotonici e algoritmi quantistici.
Conoscenze acquisite:
• Concetti fondamentali dei metodi numerici abitualmente impiegati nella fotonica: differenze finite, elementi finiti, approssimazioni semi-analitiche, metodi pseudo-spettrali
• Aspetti fondamentali della progettazione di dispositivi ottici basati su micro-risuonatori
• Applicazioni degli effetti ottici non-lineari (oscillatori parametrici, pettini di frequenza)
• Elementi di meccanica quantistica utili per la comprensione e realizzazione di porte (gate) logiche quantistiche: differenze fondamentali con le porte logiche classiche
• Algoritmi di base di calcolo quantistico
Abilità acquisite:
• Capacità di identificare un metodo numerico efficiente per analizzare o sintetizzare un circuito o dispositivo fotonico
• Implementare in programmi commerciali o a sorgente aperta alcuni semplici solutori numerici
• Risolvere numericamente un’equazione di propagazione non-lineare e identificare la fenomenologia della dinamica associata
• Simulare e implementare un circuito quantistico, testare le sue prestazioni su un sistema reale (es., IBM Quantum composer e qiskit) e valutare i risultati misurati
Durante il corso, si illustreranno e troveranno applicazione gli strumenti matematici e numerici necessari all’analisi e progetto di circuiti fotonici e algoritmi quantistici.
Conoscenze acquisite:
• Concetti fondamentali dei metodi numerici abitualmente impiegati nella fotonica: differenze finite, elementi finiti, approssimazioni semi-analitiche, metodi pseudo-spettrali
• Aspetti fondamentali della progettazione di dispositivi ottici basati su micro-risuonatori
• Applicazioni degli effetti ottici non-lineari (oscillatori parametrici, pettini di frequenza)
• Elementi di meccanica quantistica utili per la comprensione e realizzazione di porte (gate) logiche quantistiche: differenze fondamentali con le porte logiche classiche
• Algoritmi di base di calcolo quantistico
Abilità acquisite:
• Capacità di identificare un metodo numerico efficiente per analizzare o sintetizzare un circuito o dispositivo fotonico
• Implementare in programmi commerciali o a sorgente aperta alcuni semplici solutori numerici
• Risolvere numericamente un’equazione di propagazione non-lineare e identificare la fenomenologia della dinamica associata
• Simulare e implementare un circuito quantistico, testare le sue prestazioni su un sistema reale (es., IBM Quantum composer e qiskit) e valutare i risultati misurati
Prerequisiti
É necessario avere acquisito ed assimilato le seguenti conoscenze fornite dai corsi di base.
In particolare:
• concetti elementari di analisi matematica e algebra lineare;
• conoscenze dei concetti fondamentali di fisica, in particolari quelli relativi all'elettromagnetismo;
• conoscenze della teoria dei circuiti e dei metodi per trattare i circuiti elettrici sia nel dominio del tempo che in regime sinusoidale;
• conoscenze delle leggi fondamentali dell’elettromagnetismo, dei concetti di propagazione in spazio libero ed in guida.
In particolare:
• concetti elementari di analisi matematica e algebra lineare;
• conoscenze dei concetti fondamentali di fisica, in particolari quelli relativi all'elettromagnetismo;
• conoscenze della teoria dei circuiti e dei metodi per trattare i circuiti elettrici sia nel dominio del tempo che in regime sinusoidale;
• conoscenze delle leggi fondamentali dell’elettromagnetismo, dei concetti di propagazione in spazio libero ed in guida.
Metodi didattici
L’insegnamento è organizzato con lezioni in aula (40 ore circa) ed esercitazioni di laboratorio (informatico) (20 ore circa) sugli argomenti elencati nel programma. Verranno proposte le soluzioni di alcuni esercizi riguardanti lo studio dei componenti dei circuiti fotonici e quantistici e lo studio della loro dinamica
Verifica Apprendimento
L’esame è orale e verte sugli argomenti trattati.
L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati.
È auspicabile concordare con il docente lo svolgimento di una tesina (individuale o di gruppo) di approfondimento su uno degli argomenti dell’insegnamento, che verrà poi valutata in sede d’esame ed utilizzata come elemento di discussione per lo svolgimento dello stesso.
Alle studentesse ed agli studenti viene chiesto di rispondere tipicamente ad alcune domande, con lo scopo di valutarne il livello di apprendimento e la capacità di analizzare e risolvere problematiche connesse con gli argomenti trattati. Nel colloquio orale (o nella presentazione della tesina di approfondimento) verranno discusse anche le attività pratiche di laboratorio svolte nel corso, gli aspetti implementativi e i risultati ottenuti.
Nella valutazione, oltre al rigore argomentativo, profondità di analisi e completezza della risposta, verranno valutate anche la proprietà di linguaggio e le capacità di integrazione fra i diversi argomenti.
Per superare l’esame è necessario raggiungere una valutazione minima di 18 su 30.
L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati.
È auspicabile concordare con il docente lo svolgimento di una tesina (individuale o di gruppo) di approfondimento su uno degli argomenti dell’insegnamento, che verrà poi valutata in sede d’esame ed utilizzata come elemento di discussione per lo svolgimento dello stesso.
Alle studentesse ed agli studenti viene chiesto di rispondere tipicamente ad alcune domande, con lo scopo di valutarne il livello di apprendimento e la capacità di analizzare e risolvere problematiche connesse con gli argomenti trattati. Nel colloquio orale (o nella presentazione della tesina di approfondimento) verranno discusse anche le attività pratiche di laboratorio svolte nel corso, gli aspetti implementativi e i risultati ottenuti.
Nella valutazione, oltre al rigore argomentativo, profondità di analisi e completezza della risposta, verranno valutate anche la proprietà di linguaggio e le capacità di integrazione fra i diversi argomenti.
Per superare l’esame è necessario raggiungere una valutazione minima di 18 su 30.
Testi
Gli argomenti trattati in questo insegnamento possono essere approfonditi sui seguenti testi:
• V. Van, Optical Microring Resonators: Theory, Techniques, and Applications CRC Press; 1° edizione (31 marzo 2017)
• J. Heebner, R. Grover, T. Ibrahim, Optical Microresonators: Theory, Fabrication, and Applications: 138, Springer; Softcover reprint of hardcover 1st ed. 2008
• H. A. Haus, Waves and Fields in Optoelectronics. Prentice-Hall series in solid state physical electronics, 1983;
• M. A. Nielsen & I. L. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information: 10th Anniversary Edition, Cambridge University Press, 2010
• V. Van, Optical Microring Resonators: Theory, Techniques, and Applications CRC Press; 1° edizione (31 marzo 2017)
• J. Heebner, R. Grover, T. Ibrahim, Optical Microresonators: Theory, Fabrication, and Applications: 138, Springer; Softcover reprint of hardcover 1st ed. 2008
• H. A. Haus, Waves and Fields in Optoelectronics. Prentice-Hall series in solid state physical electronics, 1983;
• M. A. Nielsen & I. L. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information: 10th Anniversary Edition, Cambridge University Press, 2010
Contenuti
• Introduzione e richiamo sui risuonatori ottici (2 lezioni)
• Modi di propagazione delle guide ottiche integrate e dei modi di galleria dei risonatori a simmetria cilindrica (1 lezione + 2 laboratori)
• Modelli per circuiti lineari: teoria dei modi accoppiati, approccio nello spazio, approccio nel tempo, strutture periodiche (3)
• Richiamo sugli effetti ottici non-lineari (termici, assorbimento a 2 fotoni, Kerr...) (2)
• Teoria dei modi accoppiati non-lineari e richiami di teoria dei sistemi dinamici (2+1lab)
• Equazione di Lugiato-Lefever e applicazioni (pettini, solitoni in cavità) (1 lab)
• Fondamenti di meccanica quantistica (sovrapposizione, entanglement, reversibilità, 1)
• Qubit, operatori, misura (1)
• Programmazione di algoritmi quantistici (3+3lab)
• Costruire un computer quantistico (2)
• Modi di propagazione delle guide ottiche integrate e dei modi di galleria dei risonatori a simmetria cilindrica (1 lezione + 2 laboratori)
• Modelli per circuiti lineari: teoria dei modi accoppiati, approccio nello spazio, approccio nel tempo, strutture periodiche (3)
• Richiamo sugli effetti ottici non-lineari (termici, assorbimento a 2 fotoni, Kerr...) (2)
• Teoria dei modi accoppiati non-lineari e richiami di teoria dei sistemi dinamici (2+1lab)
• Equazione di Lugiato-Lefever e applicazioni (pettini, solitoni in cavità) (1 lab)
• Fondamenti di meccanica quantistica (sovrapposizione, entanglement, reversibilità, 1)
• Qubit, operatori, misura (1)
• Programmazione di algoritmi quantistici (3+3lab)
• Costruire un computer quantistico (2)
Lingua Insegnamento
Italiano
Corsi
Corsi
INGEGNERIA ELETTRONICA PER L'ICT
Laurea Magistrale
2 anni
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Persone
Persone
Ricercatori a tempo determinato - Tipo A
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