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  1. Area di Scienze
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  4. Insegnamenti
  5. A.A. 2023-2024
  6. 1° anno
  1. Laboratorio di Stato Solido e Tecnologie Quantistiche I
  2. Introduzione
Insegnamento Titolo del corso
Laboratorio di Stato Solido e Tecnologie Quantistiche I
Codice identificativo del corso
2324-1-F1701Q145
Descrizione del corso SYLLABUS

Syllabus del corso

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Esporta

Obiettivi

Sviluppo di competenze sperimentali relative alla fisica dello stato solido e alle tecnologie quantistiche mediante tecniche di laboratorio avanzate basate principalmente sulla spettroscopia ottica e sull’analisi di dispositivi quantistici a superconduttore.

Contenuti sintetici

Realizzazione di un esperimento volto all'osservazione e gestione dei fenomeni quantistici. Lo studente potrà approfondire l’ambito di maggior interesse tra materiali quantistici e dispositivi criogenici per calcolo e metrologia quantistici.

Programma esteso

Il corso consiste in una esperienza di laboratorio eseguita da studenti suddivisi in gruppi da tre o quattro persone.

Le attività laboratoriali saranno precedute da lezioni introduttive sulla correlazione tra proprietà fisiche dei solidi, effetti di quantizzazione e relative tecniche di indagine sperimentale. Oltre al design dell'esperimento e alla caratterizzazione del sistema in esame, le attività saranno completate dell'analisi dati e dalla stesura di una relazione scritta.

Esempi di esperienze:

Turno di Stato Solido:

  • Esperimenti di ottica quantistica basati su fotoni singoli e quantum key distribution;
  • Orientazione ottica di spin e effetti di confinamento quantistico nelle transizioni ottiche;
  • Design e caratterizzazione di un emettitori a quantum dot per applicazioni in quantum information;
  • Fabbricazione e caratterizzazione di nanoantenne fotoniche per applicazioni in quantum communication.

Turno Laboratorio di criogenia:

  • Caratterizzazione, controllo e lettura di un qubit superconduttivo;
  • Rivelazione di singolo fotone ottico con rivelatore criogenico;
  • Caratterizzazione di un amplificatore parametrico con livello di rumore quantistico.

Prerequisiti

Laurea di I livello in fisica o equivalente

Modalità didattica

Le attività sperimentali si svolgeranno presso i laboratori dell’U2 e dell’U5.

Materiale didattico

Testi di riferimento (disponibili anche in formato e-book attraverso la biblioteca d’ateneo):

Dispense del docente

J. H. Davies "The Physics of Low-dimensional Semiconductors", Cambridge University Press

F. Fox "Optical Properties of Solids", Oxford University Press

I. Pelant and J. Valenta " Luminescence Spectroscopy of Semiconductors", Oxford University Press

A.M. Zagoskin "Quantum Engineering - Theory and Design of Quantum Coherent Structures", Cambridge University Press

Periodo di erogazione dell'insegnamento

Primo semestre

Modalità di verifica del profitto e valutazione

La modalità di verifica del profitto consiste in una relazione scritta di gruppo approfondita in un esame orale finale per la verifica delle competenze e delle capacità comunicative in ambito disciplinare.

Non sono previste prove parziali.

La valutazione è basata anche sulla capacità dimostrata nello svolgimento dell’esperienza in laboratorio.

Orario di ricevimento

Il ricevimento è previsto in modalità a sportello, previa richiesta via e-mail al docente. Sul sito web d’ateneo è possibile reperire le informazioni relative alla sede universitaria e all’indirizzo specifico del docente.

Sustainable Development Goals

IMPRESE, INNOVAZIONE E INFRASTRUTTURE
Esporta

Aims

Development of experimental skills related to solid state physics and quantum technologies using advanced laboratory techniques based mainly on optical spectroscopy and superconducting quantum devices.

Contents

Implementation of an experiment based on the application of quantum physics. The student will be able to investigate a specific area choosing between quantum materials and cryogenic devices for quantum computation and metrology.

Detailed program

The course consists of an experiment performed by students divided into groups of three or four people.

The lab activities will follow introductory lessons on the correlation between physical properties of the solids, quantization effects and the associated experimental techniques. Besides the design of the experiment, students will conduct the characterization of the system under examination, complementing the activities with data analysis and a written report.

Examples of experiences:

Solid State group:

  • Quantum optics experiments using single photons and quantum key distribution;
  • Optical spin orientation and effects of quantum confinament on optical transitions;
  • Design and characterization of quantum dot emitters for applications in quantum information;
  • Fabrication and characterization of photonic nanoantennas for quantum communication applications.

Cryogenic lab group:

  • Characterization, control and readout of a superconducting qubit;
  • Single photon detection by means of a cryogenic detector;
  • Characterization of a parametric amplifier with quantum limited readout noise.

Prerequisites

Bachelor in physics or equivalent.

Teaching form

The practical sessions will be conducted in the laboratories located in the buildings U2 and U5.

Textbook and teaching resource

References (available also as e-book through the University’s library):

Lecture notes provided by the instructor

J. H. Davies "The Physics of Low-dimensional Semiconductors", Cambridge University Press

F. Fox "Optical Properties of Solids", Oxford University Press

I. Pelant and J. Valenta " Luminescence Spectroscopy of Semiconductors", Oxford University Press

A.M. Zagoskin "Quantum Engineering - Theory and Design of Quantum Coherent Structures", Cambridge University Press

Semester

First semester

Assessment method

The assessment method consists of a project work written by the group and its discussion in a final oral exam to evaluate the knowledge and the communication skills in the disciplinary field.

Tests will not be conducted in itinere.

The final mark is also based on the skill showed in the development of the lab experiment.

Office hours

A help desk will be provided to the students upon direct request via email to the instructor. All the information related to the contacts and office address can be found at the university website.

Sustainable Development Goals

INDUSTRY, INNOVATION AND INFRASTRUCTURE
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Scheda del corso

Settore disciplinare
FIS/01
CFU
10
Periodo
Primo Semestre
Tipo di attività
Obbligatorio a scelta
Ore
120
Tipologia CdS
Laurea Magistrale
Lingua
Italiano

Staff

    Docente

  • MF
    Marco Faverzani
  • EF
    Elena Ferri
  • Andrea Giachero
    Andrea Giachero
  • LG
    Luca Gironi
  • Fabio Pezzoli
    Fabio Pezzoli
  • Stefano Sanguinetti
    Stefano Sanguinetti
  • SV
    Stefano Vichi

Opinione studenti

Vedi valutazione del precedente anno accademico

Bibliografia

Trova i libri per questo corso nella Biblioteca di Ateneo

Metodi di iscrizione

Iscrizione manuale
Iscrizione spontanea (Studente)

Obiettivi di sviluppo sostenibile

IMPRESE, INNOVAZIONE E INFRASTRUTTURE - Costruire una infrastruttura resiliente e promuovere l'innovazione ed una industrializzazione equa, responsabile e sostenibile
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