La principale attività del gruppo è incentrata sullo studio dell'entanglement quantistico e della sua applicazione alle tecnologie quantistiche, quali l'informazione e la metrologia quantistica.

Sono stati realizzati e sono in corso di diversi esperimenti che sfruttano coppie di fotoni entangled all'interno dei sei laboratori del "Carlo Novero Lab" (intitolati alla memoria di Carlo Novero, che fu l'ispiratore di queste ricerche all'interno Istituto Elettrotecnico Nazionale "Galileo Ferraris", oggi INRIM). Tra essi in particolare ricordiamo:

1. Abbiamo realizzato diversi esperimenti connessi allo studio dei Fondamenti della Meccanica Quantistica. In particolare, è stato effettuato un test sulle diseguaglianze di Bell sfruttando la sovrapposizione dell'emissione di due sorgenti di parametric-down conversion (PDC) di tipo I, che garantiscono la possibilita' di realizzare stati non massimamente entangled. Questo esperimento ha rappresentato un passo avanti verso la realizzazione di un test conclusivo delle teorie a variabili nascoste, garantendo inoltre l'esclusione di specifiche classi di queste teorie. Inoltre sono stati realizzati ulteriori esperimenti per falsificare specifiche classi di teorie realistiche-locali. Abbiamo inoltre realizzato esperimenti con l'obiettivo di studiare gli estremi limiti della correlazione quantistica. Inoltre, è stato realizzato un esperimento sulla dualità onda-particella sfruttando diversi stati ottici. Lavori svolti in parte in collaborazione con l’Università di Torino.

2. Abbiamo contribuito alla realizzazione del primo prototipo italiano di sistema per la crittografia quantistica basata su stati entangled. Il progetto è stato realizzato nell'ambito di un progetto nazionale di ricerca guidato da ELSAGDATAMAT. In questo ambito ci siamo occupati dal punto di vista sia teorico che sperimentale di protocolli per la distribuzione quantistica di chiavi crittografiche, e per la comunicazione quantistica sicura basata su coppie di fotoni entangled. Abbiamo relizzato protocolli di QKD basati su stati ortogonali (Goldberg-Vaidman e controfattuale). Tali studi procedono ora sia verso lo studio degli effetti del canale (fibra/open air) di comunicazione sia verso la realizzazione di protocolli innovativi. Partecipiamo inoltre al gruppo di lavoro ETSI sulla standardizzazione della QKD.

3. Studi sulla taratura di rivelatori di singoli fotoni sfruttando coppie di fotoni correlati. Oltre agli studi sullo schema di taratura tradizionale basati sulla PDC, si sono sviluppate anche tecniche innovative basate su operazioni unitarie condizionate su qubit (stati di polarizzazione del fotone) in collaborazione con l'università di Mosca. Recentemente, è stata fatta anche un'analisi sulla possibilità di effettuare tarature di rivelatori analogici sfruttando la PDC.

4. Sono state realizzate diversi tipi di sorgenti di PDC con caratteristiche specifiche, realizzate anche in materiali microstrutturati quali ad esempio cristalli e guide d'onda PPLN, e sono stati effettuati studi sull'accoppiamento e sulla propagazione nelle fibre ottiche degli stati entangled prodotti da queste sorgenti. Si sono inoltre effettuati studi circa la misura dell’entanglement di questi stati.

5. Sono stati progettati e realizzati prototipi di sistemi per la rivelazione di singoli fotoni con tempo morto ridotto. I prototipi più promettenti sfruttano una configurazione multiplexer basata su uno switch ottico attivo (attività svolta in collaborazione con il National Institute of Standards and Technology). Caratterizzazione di TES (con Univ. Milano).

6. Abbiamo realizzato esperimenti sulla ricostruzione della statistica del numero di fotoni di stati ottici quantistici sfruttando la tecnica "on/off detection". Questa attività è stata svolta in collaborazione con le Università di Milano e dell'Insubria.

7. Compiamo degli studi sul ruolo dell'entanglement nell'imaging quantistico. In questo ambito, si è realizzato per la prima volta un protocollo di Sub-shot-Noise Imaging quantistico, che potrebbe portare a importanti applicazioni pratiche. Queste attività sono svolte in collaborazione con le università di Milano e dell'Insubria.

8. Dal punto di vista teorico, abbiamo lavorato sulla crittografia quantistica in spazi multidimensionali, e compiuto studi sull'utilizzo dei mesoni per test di realismo-locale.

Marco Genovese

Giorgio Brida

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