Q-ESSENCE - Quantum InterfacES, SENsors, and Communication based on Entanglement Integrating Project

Sommario

Q-ESSENCE mira a sviluppare interfacce quantistiche capaci di mappatura ad alta fedeltà di informazione quantistica tra i diversi sistemi, a generare correlazione quantistica su nuove scale e distanze per svolgere compiti di informazione quantistica e a sviluppare correlazione multipartita in topologie specifiche di sistemi elementari. La correlazione quantistica può abilitare tecnologie dirompenti in grado di risolvere questioni rilevanti in vari ambiti, quali:

• La tutela della privacy e della sicurezza in transazioni multipartitiche tra diversi soggetti;
• modalità nuove o avanzate di funzionamento dei dispositivi ICT;
• standard, rilevamento e metrologia.

Questo obiettivo ambizioso può essere raggiunto solo attraverso nuovi progetti di protocolli, architetture, interfacce e componenti. Q-ESSENCE raggiungerà questo obiettivo con uno sforzo mirato alle applicazioni che abbraccia aspetti sperimentali, fenomenologici, e di base.
I risultati principali di Q-ESSENCE sono:

• lo sviluppo di dispositivi ICT basati sulla correlazione quantica: orologi atomici, sensori quantistici e generatori quantistici di numeri casuali;
• nuove architetture a livello fisico per la comunicazione quantistica a lunga distanza che superano i limiti imposti dalle distanze attuali attraverso lo sviluppo di componenti di nuova generazione;
• protocolli distribuiti di informazione quantistica che forniscono soluzioni innovative per la gestione multiutente, per la protezione della privacy e per scenari di sicurezza basti sulla correlazione multipartita.

Q-ESSENCE si basa su scienze e tecnologie abilitanti quali: interfacce luce-materia che forniscono conversioni fedeli tra diverse realizzazioni fisiche dei qubit, ingegneria della correlazione su nuove scale e distanze; architetture robuste che proteggono l’informazione quantistica dalla decoerenza; concetti di informazione quantistica applicati a problemi di fiducia e privacy. Q-ESSENCE usa la correlazione come una risorsa specificamente quantistica che permette nuove o migliori modalità di funzionamento dei dispositivi chiave nelle tecnologie ICT, come ad esempio i sensori, i generatori di numeri casuali e gli orologi atomici, anche in presenza di decoerenza ambientale. Ciò potrà produrre enormi cambiamenti nella gamma e nella qualità delle informazioni disponibili per l'elaborazione da parte dei sistemi ICT, nonché nel funzionamento intrinseco di tali dispositivi, per esempio attraverso standard di riferimento migliori.

Risultati del progetto ed eventuali pubblicazioni scientifiche/brevetti

Pubblicazioni:

• A. Restelli, J.C. Bienfang, C.W. Clark, I. Rech, I. Labanca, M. Ghioni, S. Cova, “Improved Timing Resolution Single-Photon Detectors in Daytime Free-Space Quantum Key Distribution With 1.25 GHz Transmission Rate” IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 16, pp. 1084-1090, 2010;
• P. J. Clarke, R. J. Collins, P. A. Hiskett, M. García-Martínez, N. J. Krichel, A. McCarthy, M. G. Tanner, J. A. O'Connor, C. M. Natarajan, S. Miki, M. Sasaki, Z. Wang, M. Fujiwara, I. Rech, M. Ghioni, A. Gulinatti, R. H. Hadfield, P. D. Townsend, G. S. Buller: “Analysis of Detector Performance in a Gigahertz Clock Rate Quantum Key Distribution System”, New Journal of Physics, vol. 13, pp. 1-23, 2011;
• A. Gulinatti, I. Rech, F. Panzeri, C. Cammi, P. Maccagnani, M. Ghioni, S. Cova: “New Silicon SPAD Technology for Enhanced Red-sensitivity, High-resolution Timing and System Integration”, Journal of Modern Optics, vol. 59, pp. 1489-1499, 2012.