Le capacità di misura sono state estese nel vicino infrarosso (NIR) in particolare per i sistemi in fibra ottica (lunghezze d’onda 1310 e 1550 nm).
È proseguita la modellizzazione dei meccanismi di perdita interna nei fotodiodi al silicio ad alta efficienza quantica, operanti a bassa temperatura (77 K), con la progettazione del banco di misura con criostato (77 K) dotato di finestre ottiche per la caratterizzazione dei dispositivi che verranno progettati nell’arco temporale dei 3 anni del progetto.
Per i sistemi di fotorivelazione a basso rumore, sono stati studiati gli schemi di fotorivelazione coerente (bilanciati e differenziali, omodina e eterodina)

Sono state sviluppate metodologie per laboratori industriali sulla caratterizzazione di materiali diffondenti in trasmissione. Sono state effettuate le caratterizzazioni di superfici vetrate e le misure delle condizioni energetiche ambientali di edifici. Nell’ambito dei Beni culturali, sono state studiate e implementate nuove metodiche sperimentali per definire lo stato energetico dell’ambiente espositivo e le caratteristiche spettro-colorimetriche, anche direzionali, di opere d’arte, determinando l’eventuale degrado e ottimizzando le condizioni espositive. Le metodologie sono state applicate su reperti del Museo Egizio di Torino ai fini della classificazione.

In collaborazione con l’Università di Mosca, è stato messo a punto uno schema innovativo di taratura di fotorivelatori, a singolo fotone e analogici, basato su twin beams. È stato sviluppato un sistema per l’infrarosso vicino a 1550 nm, rispondendo così alla richiesta di taratura a singolo fotone a 1550 nm dei laboratori che stanno sviluppando rivelatori a conteggio di fotone nell’infrarosso vicino. In collaborazione con il NIST, sono stati realizzati esperimenti di caratterizzazione di dispositivi e rivelatori per l’informazione quantistica nel dominio ottico. È stato sviluppato un modello completo dell’accoppiamento in fibra singolo modo della sorgente di fluorescenza parametrica, per ottimizzare l’efficienza di rivelatori accoppiati in fibra.

L’attività si è concentrata sulla realizzazione di sistemi di misura dedicati a sorgenti LED, con lo sviluppo di tecniche per la caratterizzazione fotometrica in luminanza. Per quanto riguarda il trasferimento a livello EUROMET dei risultati del confronto internazionale per l’intensità luminosa e il flusso luminoso organizzato dal CCPR, è stato messo a punto il protocollo di misura, che è stato fatto circolare ai laboratori europei interessati, ed è stata definita con PTB e BNM la scaletta temporale del confronto.

Il laboratorio mobile, finanziato da ANAS e realizzato in IEN (disponibile per 6 mesi/anno), ha consentito la caratterizzazione su commessa o per conto ANAS d’impianti d’illuminazione stradali e di gallerie. Sono stati effettuati test sperimentali per individuare condizioni di inquinamento luminoso. Nell’ambito dello sviluppo sistemi per la misurazione in loco di segnaletica orizzontale a riflessione catadiottrica, primi confronti tra i risultati di laboratorio e le misurazioni in situ confermano un’incertezza di misura inferiore al 2% per le misure di luminanza.

Per il restauro di vecchi film con tecniche digitali, in collaborazione con CNR-IEIIT e CSP Innovazione nelle ICT sono stati studiati e implementati tecniche e algoritmi di calcolo parallelo (GRID). In particolare sono state studiate tecniche temporali per correggere i difetti di fotogrammi successivi. Difetti dovuti alla polvere e spot sono stati rimossi con algoritmi adattivi del tipo road pattern search. Sono state individuate le rigature e l’informazione mancante è stata ricostruita con un modello probabilistico basato su criteri di località spaziale.

I tre laboratori laser afferenti al laboratorio "Carlo Novero" hanno svolto le seguenti attività:

1. Studio e realizzazione di canali di comunicazione quantistica basati sulla generazione e propagazione di stati entangled di fotoni. Studio delle applicazioni alla comunicazione terra-satellite, satellite-satellite della criptografia quantistica, con modellizzazione della decoerenza atmosferica e studio teorico dei protocolli più efficienti per minimizzarla. Si è costruita una sorgente PDC compatta per tali applicazioni. È stato realizzato uno schema di criptografia quantistica in uno spazio di Hilbert quadridimensionale, ottenendo vantaggi di sicurezza rispetto ai bidimensionali. È proseguito lo studio degli effetti di decoerenza e più in generale degli effetti sulla funzione di correlazione di Glauber per la propagazione in fibra di stati entagled di fotoni.
2. Studi sui comportamenti limite della correlazione quantistica e possibili applicazioni nell’ambito della comunicazione quantistica.
3. Progettazione e realizzazione di un set-up per lo studio delle correlazioni spaziali nell’emissione di fluorescenza parametrica, con applicazioni allo studio del quantum imaging.
4. Utilizzo di coppie entangled di fotoni per la caratterizzazione di fotorivelatori, con particolare riguardo all’estensione al caso analogico.
5. Conclusione della ricerca sulla caratterizzazione degli stati ottici quantistici per mezzo di rivelatori on-off ed applicazioni di questo metodo innovativo alla caratterizzazione di devices logico-quantistici e di sorgenti di heralded photons.

Nell’ambito dell’obiettivo generale di sviluppare misure ottiche precise a livello del singolo fotone, basate su sorgente di luce non classica, gli obiettivi specifici raggiunti sono:

1. Progetto, sviluppo, realizzazione e caratterizzazione, di sorgenti a singolo fotone ad alta produzione di coppie di fotoni (107 s-1) basate sulla fluorescenza parametrica ottenuta mediante strutture con non linearità periodica in guida d’onda (PPLN), con phase-matching della velocità di gruppo e phase-matching esteso e/o fibre fotoniche con realizzazione di four-wave mixing.
2. Integrazione nei canali quantistici di nuovi rivelatori in strutture multiplexed con tempo morto ridotto e in caso in grado di risolvere il singolo fotone. Caratterizzazione degli stessi.
3. Studio e realizzazione di stati entangled a più parametri (modi di ordine superiore trasversi).
4. Esperimenti e sviluppo di protocolli crittografici per trasferire immagini, sfruttando la quantum imaging.

In dettaglio, si prevede per il 2006:

• Messa a punto interferometro HB&T per caratterizzazione della già realizzata sorgente di PDC da un PPLN a multi reticolo, con tuning in temperatura e phase-matching con emissione quasi collineare. Obiettivo è la taratura dei rivelatori nell’infrarosso vicino e la realizzazione di sorgente singolo fotone CW vicino IR. Generazione di fotoni di PDC da guida d’onda PPLN, entrambi a 1550 nm. Progetto e studio di guide d’onda per eventuale realizzazione con periodicità definita dai modelli. Dimostrazione sperimentale e studio teorico di crittazione efficiente d’immagini, sfruttando tecniche e proprietà di quantum imaging.
• Implementazione di uno switch ottico attivo sulla sorgente per pilotare una struttura multiplexed a 2 rivelatori per dimostrare la riduzione del tempo morto complessivo. Obiettivo: implementare sistemi per la rivelazione di sorgenti a singolo fotone ad alta emissione di fotoni.
• Studio delle proprietà dei modi trasversi di ordine superiore (Laugurre-Gauss) di PDC a partire dalla manipolazione dei modi trasversi di pompa.

Nel campo delle basse temperature (100-300 mK) sono stati studiati i sensori a transizione di fase (TES), ed è stato effettuato il conteggio di fotoni con risoluzione energetica intrinseca, ottenendo informazioni sulla lunghezza d’onda dei fotoni incidenti e sul loro numero. La misura del segnale è stata eseguita mediante uno SQUID e il rivelatore è stato accoppiato alla sorgente mediante fibra ottica. Un significativo miglioramento dell’efficienza quantica del dispositivo è stato dimostrato possibile con l’utilizzo di strati antiriflettenti.
Nel campo delle alte temperature, sono stati studiati rivelatori basati su MgB₂ sia come bolometri, con la caratterizzazione elettrica e ottica del dispositivo, sia come contatori di fotoni in grado di eseguire il conteggio con tempi di risposta dell’ordine delle centinaia di picosecondi. Ci si è anche occupati delle problematiche legate alla misura su contatori di fotoni veloci in connessione con le attività sulla crioelettronica per proseguire con la caratterizzazione elettrica ed ottica dei dispositivi forniti dal settore DQ.
I materiali superconduttivi prodotti saranno anche studiati dal punto di vista del rumore. Misure di corrente di rumore in condizioni stazionarie e durante la transizione superconduttiva permettono infatti di ricavare informazioni utili sul comportamento e la struttura del materiale.

È stata completata la realizzazione di prototipi amplificatori criogenici a basso rumore e a banda larga con dispositivi MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuits) e la loro caratterizzazione (guadagno, cifra di rumore, stabilità a diverse condizioni di carico).È stato studiato il comportamento di dispositivi optoelettronici, diodi LED e laser, in condizioni di lavoro criogeniche.

Miglioramento nella derivazione delle capacità di misura radiometriche; estensione delle capacità di misura in fibra ottica (potenza, linearità, attenuazione). Progetto di fotorivelatori al silicio, ad alta efficienza quantica, operanti a bassa temperatura (77 K): modellizzazione meccanismi di perdita, realizzazione di un banco di misura per questi dispositivi. Sistemi di fotorivelazione a basso rumore: studio di schemi di fotorivelazione ad alta sensibilità e dinamica.

Messa a punto di un sistema per la caratterizzazione di materiali con soluzioni di rilievo internazionale.

Realizzazione e mantenimento di unità di misura fotoniche: miglioramento nella derivazione delle capacità di misura; estensione della riferibilità per le misure in fibra ottica. Nuovi metodi di taratura che permettono una migliore connessione tra il regime analogico e di conteggio.

Realizzazione e mantenimento di unità di misura fotometriche: miglioramento nella derivazione delle capacità di misura; messa a punto di un laboratorio per la caratterizzazione in luminanza di sorgenti LED.

Database di risultati di caratterizzazione, di materiali, dispositivi e impianti illuminotecnici e di beni culturali. Caratterizzazione di impianti d’illuminazione in galleria, anche durante l’esercizio, come richiesta da un decreto ministeriale di prossima pubblicazione (laboratorio ANAS-IEN).

Messa a punto di un laboratorio per la metrologia delle immagini: confronto di immagini generate da diversi apparati sui diversi supporti disponibili; siano essi di tipo fotografico ovvero di tipo elettronico e digitale, quali gli schermi costruiti con le diverse tecnologie disponibili.

Studio della struttura a "stati di Bell" nella fluorescenza parametrica (quasi) collineare. Ricostruzione della statistica di stati ottici quantistici con rivelatori on/off per il caso bipartito. Studio sperimentale, basato su stati entangled in polarizzazione, volto all’esclusione di specifici modelli realistici locali. Studi teorici e preliminare realizzazione sperimentale di Ghost Imaging sfruttando l’amplificazione parametrica di campi termici. Studi sul realismo locale (connessione tra violazione CP e tali test con mesoni K).

Studio numerico degli effetti di atmosfera statica su un canale di comunicazione quantistico terra-spazio.
Realizzazione sperimentale della compensazione degli effetti di depolarizzazione in fibra in protocolli andata-ritorno per mezzo di uno specchio di Faraday.
Studio teorico e parziale realizzazione sperimentale di un sistema di rivelazione a singolo fotone nell’infrarosso con lo scopo di ridurre gli effetti di dead time. Grandezze fotoniche

Sorgente a singolo fotone alle lunghezze telecom ad alta efficienza (>MHz) con integrazione di uno switch ottico veloce che implementa il test a priori sulla sorgente mantenendo alto il rate dei singoli fotoni e riduce mediante una struttura multiplexed di rivelatori il tempo morto, aumentando la precisione dei conteggi di fotoni ad alti rate.

Realizzazione di rivelatori per il conteggio di fotoni all’avanguardia rispetto a quelli basati sui semiconduttori, in particolare:

• rivelatore TES con capacità spettrale intrinseca dell’ordine di 20 nm nel visibile lavorando a 100 mK. Con un segnale monocromatico in ingresso esso distingue il numero di fotoni incidenti contenuti in un pacchetto temporale dell’ordine dei 100 ns;
• bolometro MgB₂ di sensibilità elevata ed operante a temperature raggiungibili con un cryocooler.

Realizzazione di amplificatori a basso rumore (NF<1 dB) a banda larga (maggiore di 3 GHz).