Acronimo:                 SiQuro

Tipologia:                 Grande progetto           

Titolo completo:       On silicon chip quantum optics for quantum computing and secure communications

Durata:                     dal  01/09/2013           al 31/08/2017

Costi totali:               Euro 2.319.456,64

Contributo PAT:        Euro 2.319.456,64

Soggetto coordinatore:                   Università degli Studi di Trento

Responsabile di progetto:               prof. Lorenzo Pavesi

Eventuali altri partecipanti:

Area tematica PPR:   Scienze dei materiali: micro- nano- tecnologie inorganiche e ibride

Sito Web: http://events.unitn.it/en/siquro

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Obiettivi del progetto:

Il progetto SIQURO ha come ambito di applicazione le comunicazioni sicure, la comunicazione e la computazione quantistica. In entrambi i casi, un ruolo chiave viene giocato dalle fondamenti della meccanica quantistica che ha la proprietà che solo una misura diretta (e quindi una perturbazione) permette di conoscere lo stato del sistema.

In questo modo, a priori non si può sapere né come un sistema evolverà nel tempo né i dettagli di stati composti da molte particelle. Quindi queste due proprietà possono essere utilizzate per realizzare da un lato generatori di numeri perfettamente casuali e dall’altro computer che effettuano in parallelo e contemporaneamente molte operazioni su variabili continue generando una molteplicità di risultati nello stesso tempo.
Da un lato, i generatori di numeri casuali sono i fornitori di chiavi di sicurezza con le quali crittografare in modo sicuro i dati e permettere comunicazioni sicure. Dall’altro, la computazione quantistica necessita di una piattaforma sulla quale realizzarla, in SIQURO questa piattaforma è l’ottica integrata in silicio. La scelta della fotonica quantistica integrata in silicio è motivata dalla possibilità di replicare il successo della microelettronica nella fotonica e quindi realizzare sistemi quantistici veloci, a basso consumo, producibili in massa e poco costosi. SIQURO pone le premesse della seconda rivoluzione quantistica, dopo il transistor e il laser.
Anche a livello di Commissione Europea si condivide l’importanza di questa strada tanto che è già stato approvato il lancio di un progetto flagship sulle tecnologie quantistiche per il 2020.

 

Stato dell'arte e soluzioni al problema/per il raggiungimento degli obiettivi esistenti prima del progetto, ed elementi migliorativi introdotti dal progetto:

In SIQURO abbiamo l’ambizione di integrare un sistema fotonico quantistico completo (sorgente, circuito, rivelatore) per la prima volta. Ci sono degli esempi in letteratura di componenti isolate o di sistemi macroscopici che realizzano funzioni simili, ma non esistono circuiti che integrano tutti i vari componenti su di un singolo chip. D’altra parte generatori di numeri casuali fisici esistono sul mercato (www.idquantique.com ), l’innovazione di SIQURO è l’integrazione di tutti i componenti del generatore in un singolo chip di silicio che permetterà vantaggi competitivi in termini di prestazioni, costi, ingombri ed industrializzazione.

Il video sul Progetto ( in inglese):

 

Organizzazione del lavoro:

Il gruppo di lavoro comprende ricercatori, collaboratori e dottorandi del laboratorio Nanoscienze e del laboratorio Cryptolab dell’Università di Trento, ricercatori del centro Materiali e Microsistemi della Fondazione Bruno Kessler, ricercatori e collaboratori dell’Istituto Nazionale di Ottica del CNR provenienti dalle unità di Firenze e di Trento, ed  infine ricercatori e collaboratori del Politecnico Federale di Zurigo. Inoltre partecipano varie aziende come sotto contraenti: III-V lab (France), Telsy e AdvanSid.

Il progetto prevede una complementarietà di azioni che vanno dall’elaborazione di nuove teorie nel campo dell’ottica quantistica, alla progettazione e realizzazione di circuiti ottici integrati, alla misura e modellazione dei fenomeni fisici osservati, alla fabbricazione e validazione di prototipi operativi. Fattore comune della fabbricazione è di utilizzare tecnologie microelettroniche in silicio.

Al momento sono attive varie collaborazioni con gruppi internazionali che si sono concretizzate nell’organizzazione di eventi comuni (per esempio TopoDays
 (http://webmagazine.unitn.it/en/evento/dphys/8846/topodays-2016 ).

Da un punto di vista applicativo, si sta lavorando per la costituzione di una start-up universitaria per industrializzare il generatore di numeri casuali. A tal fine, abbiamo una serie di contatti con molte aziende mediati dall’azione di Trentino Sviluppo. Esigenze di confidenzialità ci impedisce di esplicitare i nominativi di queste aziende.

 

Risultati raggiunti:

Nel corso del progetto sono stati pubblicati 14 lavori nel 2016, 24 nel 2015, 7 nel 2014. Sono stati depositati due brevetti, di cui uno internazionale. Siamo stati invitati a partecipare al gruppo italiano di lavoro sulla flagship. Nel 2017 stiamo organizzando una scuola di fisica sulla fotonica quantistica integrata in collaborazione con l’istituto di Fotonica e Nanotecnologie del CNR.

Nel dettaglio è stata elaborata una teoria completa dei fluidi quantistici di luce, abbiamo dimostrato un generatore quantistico di numeri casuali sicuro e modellabile, abbiamo fabbricato circuiti fotonici quantistici che elaborano stati di luce entangled, abbiamo dimostrato per la prima volta un rivelatore nel medioinfrarosso a temperatura ambiente in grado di effettuare correlazioni di stati entangled, abbiamo prodotto microcavità ottiche in nitruro di silicio con fattori di qualità in eccesso di qualche milione, ….

 

Impatto:

Una generale difficoltà a brevettare esiste ed è causata dalla lunghezza e complessità della procedura prevista nell’ambito del bando. Altro aspetto delicato è il fatto che a differenza dei progetti europei, la proprietà del brevetto è della provincia fatto che complica la formalizzazione di collaborazioni sui temi del progetto SIQURO e lo sfruttamento industriale dei risultati. Per queste ragioni, abbiamo brevettato solamente le varie architetture e metodologie alla base dei generatori di numeri casuali perché abbiamo forte interesse a procedere alla costituzione di una start-up. Gli altri risultati, seppur con un potenziale applicativo notevole, sono stati pubblicati.

 

Keywords: fotonica, comunicazioni sicure, sicurezza, computazione quantistica, silicio

 

Web pages che parlano del generatore di numeri casuali

http://webmagazine.unitn.it/ricerca/10292/proteggere-i-dati-di-pagamenti-e-conversazioni

http://www.radio24.ilsole24ore.com/programma/smart-city/sicurezza-informatica-trento-primo-185321-gSLAxZbThB

http://knowtransfer.unitn.it/14/sistemi-di-sicurezza-performanti

Ultimo aggiornamento luglio 2016