SMARTly Quantum light source for Einstein Telescope
SMART_Q_ET
Finanziamento del: Ministero dell´Universita e della Ricerca
Calls: PRIN PNRR
Data inizio: 2023-12-14 Data fine: 2025-12-15
Budget totale: EUR 222.600,00 Quota INO del budget totale: EUR 122.958,00
Responsabile scientifico: Responsabile scientifico per INO: Parisi Maria
Calls: PRIN PNRR
Data inizio: 2023-12-14 Data fine: 2025-12-15
Budget totale: EUR 222.600,00 Quota INO del budget totale: EUR 122.958,00
Responsabile scientifico: Responsabile scientifico per INO: Parisi Maria
Principale Organizzazione/Istituzione/Azienda assegnataria: CNR – Istituto Nazionale di Ottica (INO)
altre Organizzazione/Istituzione/Azienda coinvolte:
CNR-ISASI
Università di Napoli “Federico II”
altro personale INO coinvolto: Mosca Simona
Abstract: La necessità di aprire nuovi orizzonti nel campo della fisica gravitazionale, spinge la ricerca al superamento dei limiti quantici e la curiosità scientifica verso la strategia della sostenibilità.
Sfruttando la natura quantistica della luce, è possibile ridurre il rumore ottico oltre lo “Standard Quantum Limit” utilizzando stati di luce non classici (squeezed). In particolare, la generazione di stati quantistici di luce è cruciale per migliorare la sensibilità dei rilevatori interferometrici di onde gravitazionali. Infatti, recentemente gli Osservatori di onde gravitazionali LIGO e Virgo hanno implementato in configurazioni avanzate schemi ottici per l’iniezione di stati di vuoto squeezed.
Nei sistemi attualmente in uso la generazione efficiente di stati squeezed è ottenuta da cristalli non lineari del secondo ordine (Cristalli χ 2 ) attraverso processi parametrici di “down-conversion”. Processi di questo tipo consentono la generazione di luce squeezed ma richiedono cavità ottiche complesse e ingombranti, necessarie sia per la generazione della seconda armonica (SHG) della laser di pompa, sia per il processo di oscillazione ottica parametrica (OPO). Inoltre, questa apparecchiatura presenta scarsa trasportabilità, uso significativo di metalli (alluminio, acciaio, inox) e circuiti elettronici.
Questa proposta, riconoscendo la centralità della sostenibilità, mira a realizzare una generazione efficiente di stati di vuoto squeezed in un dispositivo smart, direttamente alla frequenza richiesta con non-linearità di secondo ordine, sfruttando processi a cascata non lineari.
In vista del prossimo rivelatore di onde gravitazionali di terza generazione, Einstein Telescope (ET), lo sviluppo di uno smart squeezer rappresenta una sorgente di luce quantistica alternativa che rafforza e aumenta la probabilità di successo del “Consorzio infrastrutture Einstein Telescope” (IR0000004-ETIC). ET sarà un interferometro sotterraneo e criogenico su larga scala, per raggiungere la sensibilità di progettazione richiede luce squeezed. In questo contesto, lo sviluppo di dispositivi all’avanguardia “che aprono nuove interessanti prospettive ” potrebbe portare enormi vantaggi tecnologici in questo campo.
Partendo da una sorgente a onda continua (cw), il progetto SMART_Q_ET realizzerà uno stato di vuoto squeezed intorno alla frequenza della pompa, direttamente in un risonatore SHG quasi monolitico a base di fuced-silica. Il vetro è completamente riciclabile e garantisce un basso impatto ambientale. Lo squeezer proposto presenta una stabilità a breve e lungo termine grazie all’utilizzo di un design ultra-compatto (modulo a singola cavità rigida non lineare) e sfruttando la bassissima risposta termo-meccanica del materiale.
L’obiettivo del progetto SMART_Q_ET è quello di ottenere uno stato di vuoto squeezed basato su un singolo dispositivo altamente stabile. La natura modulare del dispositivo lo rende attraente per varie applicazioni, non unicamente per l’interferometria gravitazionale ma per tutti i sensori all’avanguardia oltre il limite quantistico.
Sfruttando la natura quantistica della luce, è possibile ridurre il rumore ottico oltre lo “Standard Quantum Limit” utilizzando stati di luce non classici (squeezed). In particolare, la generazione di stati quantistici di luce è cruciale per migliorare la sensibilità dei rilevatori interferometrici di onde gravitazionali. Infatti, recentemente gli Osservatori di onde gravitazionali LIGO e Virgo hanno implementato in configurazioni avanzate schemi ottici per l’iniezione di stati di vuoto squeezed.
Nei sistemi attualmente in uso la generazione efficiente di stati squeezed è ottenuta da cristalli non lineari del secondo ordine (Cristalli χ 2 ) attraverso processi parametrici di “down-conversion”. Processi di questo tipo consentono la generazione di luce squeezed ma richiedono cavità ottiche complesse e ingombranti, necessarie sia per la generazione della seconda armonica (SHG) della laser di pompa, sia per il processo di oscillazione ottica parametrica (OPO). Inoltre, questa apparecchiatura presenta scarsa trasportabilità, uso significativo di metalli (alluminio, acciaio, inox) e circuiti elettronici.
Questa proposta, riconoscendo la centralità della sostenibilità, mira a realizzare una generazione efficiente di stati di vuoto squeezed in un dispositivo smart, direttamente alla frequenza richiesta con non-linearità di secondo ordine, sfruttando processi a cascata non lineari.
In vista del prossimo rivelatore di onde gravitazionali di terza generazione, Einstein Telescope (ET), lo sviluppo di uno smart squeezer rappresenta una sorgente di luce quantistica alternativa che rafforza e aumenta la probabilità di successo del “Consorzio infrastrutture Einstein Telescope” (IR0000004-ETIC). ET sarà un interferometro sotterraneo e criogenico su larga scala, per raggiungere la sensibilità di progettazione richiede luce squeezed. In questo contesto, lo sviluppo di dispositivi all’avanguardia “che aprono nuove interessanti prospettive ” potrebbe portare enormi vantaggi tecnologici in questo campo.
Partendo da una sorgente a onda continua (cw), il progetto SMART_Q_ET realizzerà uno stato di vuoto squeezed intorno alla frequenza della pompa, direttamente in un risonatore SHG quasi monolitico a base di fuced-silica. Il vetro è completamente riciclabile e garantisce un basso impatto ambientale. Lo squeezer proposto presenta una stabilità a breve e lungo termine grazie all’utilizzo di un design ultra-compatto (modulo a singola cavità rigida non lineare) e sfruttando la bassissima risposta termo-meccanica del materiale.
L’obiettivo del progetto SMART_Q_ET è quello di ottenere uno stato di vuoto squeezed basato su un singolo dispositivo altamente stabile. La natura modulare del dispositivo lo rende attraente per varie applicazioni, non unicamente per l’interferometria gravitazionale ma per tutti i sensori all’avanguardia oltre il limite quantistico.