On silicon chip quantum optics for quantum computing and secure communications

SiQuro

Finanziamento del: Provincia Autonoma di Trento  
Calls: Grandi Progetti 2012
Data inizio: 2013-09-01  Data fine: 2016-08-31
Budget totale: EUR 2.319.456,75  Quota INO del budget totale: EUR 320.000,00
Responsabile scientifico: Lorenzo Pavesi    Responsabile scientifico per INO: Carusotto Iacopo

Sito Web: Visita

Principale Organizzazione/Istituzione/Azienda assegnataria: Universita’ di Trento

altre Organizzazione/Istituzione/Azienda coinvolte:
Eidgenössische Technische Hochschule Zürich
Fondazione Bruno Kessler

altro personale INO coinvolto:



Abstract: Il progetto SiQuro mira a portare la meccanica quantistica nel mondo della fotonica integrata usando la piattaforma al silico e cosi’ da permettere in maniera naturale l’integrazione della fotonica quantistica con l’elettronica.
In questo modo, seguendo lo stesso paradigma vincente della microelettronica, si mira a ridurre i costi della microfabbricazione di circuiti fotonici quantistici integrati per una varieta’ di applicazioni al calcolo quantistico e alle comunicazioni sicure.
Questo verra’ compiuto da un lato ingegnerizzando le proprieta’ ottiche del silicio per mezzo di nanotecnologie e scienze dei materiali, dall’altro sviluppando opportune teorie quantistiche in grado di predirre le proprieta’ dei fotoni in sistemi specifici.
L’intera filiera e’ infatti coperta nel progetto SiQuro: la teoria dei liquidi quantistici di fotoni, la generazione sperimentale di gas di fotoni in rotazione, la fenomenologia di ga di fotoni fortemente correlati in guide d’onda al silicio verso la realizzazione di porte quantistiche C-NOT, la dimostrazione di coppie
di fotoni intricati e la generazione di fotoni heralded in guide di silicio strained, lo sviluppo di nuovi rivelatori nel medio-infrarosso basati sulla up-conversion dei fotoni, la fabbricazione di un laser mode-locked usando materiali III-V su silicio, l’ingegnerizzazione
di un generatore di numeri casuali basato sull’emissione spontanea di radiazione in silicio, l’apertura di una ditta spin-off mirante alla commercializzazione di tale generatore di numeri casuali.
Tutti i vari componenti du un circuito fotonico quantistico verranno dimostrati in SiQuro. Passo successivo sara’ la loro integrazione in un singolo circuito dove il laser mode-locked integrato svolge il ruolo di pompa per indurre processi parametrici al secondo o terzo ordine in guide d’onda opportunamente disegnate per generare coppie correlate di fotoni o fotoni singoli heralded. Questi fotoni nel medio infrarosso si propagano poi senza soffrire assorbimento a due fotoni in circuiti quantistici al silicio prodotti seguendo la teoria sviluppata in SiQuro.
Infine questi fotoni verranno up-converted in una regione spettrale adatta ad essere assorbiti da un fotomoltiplicatore al silicio.
In questo modo, un segnale elettronico verra’ generato dal circuito ottico quantistico, che potra’ essere facilmente elaborato da un dispositivo microelettronico. Un semplice esempio di tale circuito fotonico integrato verra’ implementato in SiQuro per dimostrare un generatore quantistico di numeri casuali su una piattaforma al silicio con prestazioni superiori e costo inferiore a quelli attualmente sul mercato.

Esperimenti/Studi INO correlati:
On silicon chip quantum optics for quantum computing and secure communications (SiQuro)

Risultati scientifici:
1) Intermode reactive coupling induced by waveguide-resonator interaction
2) Quantum Mechanics with a Momentum-Space Artificial Magnetic Field