L'INRiM è il proponente del progetto PHOENICIS (PHOton Entagled states in Number Correlations for Imaging and Sensing), approvato nell’ambito del bando a cascata dello Spoke 7 Complete Quantum System. 

Il progetto mira a sviluppare nuovi metodi di imaging quantistico capaci di superare il divario tra esperimenti di principio e applicazioni reali, con un focus particolare sull'imaging biologico.

Gli obiettivi principali includono:

1. Sistemi di imaging ottico potenziati dal quantum: studio di stati entangled nel numero di fotoni per rilevamento di bersagli in condizioni di bassa intensità.
2. Microscopio a rumore sotto-shot: realizzazione di un microscopio per misurazioni biologiche e applicazione innovativa per ricostruire la risposta spaziale dell’intera retina, combinando imaging quantistico ed elettroretinogrammi.
3. Microscopia a super-risoluzione quantistica: sviluppo di un metodo basato su funzioni di correlazione di ordine superiore ed emettitori di singoli fotoni, integrato con tecniche classiche come la microscopìa a illuminazione strutturata (SIM).

Questi approcci puntano a migliorare significativamente le capacità di imaging biologico, aprendo nuove possibilità applicative.

L'INRiM è il proponente del progetto Quantumix (Ultracold atom-ion mixtures for quantum technologies), approvato nell’ambito del bando a cascata dello Spoke 3 Atomic, Molecular Platform for Quantum Technologies.

Quantumix mira a portare le miscele atomo-ione nel regime quantistico, dove le collisioni avvengono a temperature ultrabasse, consentendo un'evoluzione coerente del sistema. Questo regime è stato finora difficile da raggiungere a causa del riscaldamento indotto dalla micromozione e dalle collisioni anelastiche.

Obiettivi principali:

1. Raffreddamento e trasporto efficiente di atomi neutri: utilizzo di un reticolo ottico per raffreddare gli atomi e sincronizzare la produzione di gas quantistici con quella di ioni intrappolati.
2. Eliminazione della micromozione: sviluppo e caratterizzazione di una trappola ionica innovativa senza radiofrequenza (RF-free), basata su un sistema elettro-ottico.
3. Misurazione della temperatura dello ione: impiego di spettroscopia di precisione a livello di clock per misurare la temperatura e dimostrare la riduzione dell'entropia dello ione dopo l'immersione in un gas quantistico.

Scegliendo una miscela di Litio fermionico e ioni di Bario, il progetto controllerà i processi anelastici indesiderati, come le collisioni di scambio di carica.

L'accesso al regime quantistico nelle miscele atomo-ione aprirà nuove possibilità per l’interazione quantistica in tecnologie come simulazioni, informazione e metrologia quantistica, rappresentando un progresso significativo nel controllo di sistemi quantistici compositi.

L'INRiM è il proponente del progetto STAR (Superconducting Transition-edge sensor Arrays with energy and number), approvato nell’ambito del bando a cascata dello Spoke 6 Integration.

STAR si dedica allo sviluppo di un innovativo array di rivelatori a singolo fotone basati su sensori superconduttivi a transizione (TESs), che offrono una risoluzione intrinseca sia in termini di energia sia di numero di fotoni. L'obiettivo principale è integrare questo array avanzato nella piattaforma fotonica Spoke 6, con l'ambizione di creare un prototipo capace di una potenza risolutiva di 4, un'efficienza quantistica di rilevazione superiore al 90% e un tempo di risposta ultra-rapido inferiore a 1 μs.

Per raggiungere questi ambiziosi traguardi, il progetto prevede la progettazione strategica dei TESs con temperature di transizione specifiche, sfruttando l'effetto di prossimità su un bilayer di TiAu, per ottimizzare le prestazioni di rilevazione dei fotoni. L'approccio include anche l'uso di strutture a cavità ottica e rivestimenti antiriflesso per minimizzare le perdite e massimizzare l'efficienza di assorbimento dei fotoni.

Grazie all'uso di materiali avanzati, un design innovativo e tecnologie all'avanguardia, questo progetto punta a spingere i limiti delle capacità di rilevazione a singolo fotone, aprendo nuove opportunità per le tecnologie quantistiche. La realizzazione con successo di questo prototipo non solo migliorerà le prestazioni della piattaforma fotonica Spoke 6, ma contribuirà anche al progresso dei simulatori quantistici e della metrologia quantistica, rappresentando un passo significativo nel campo della ricerca e delle applicazioni quantistiche.

L’INRiM è il proponente del progetto QCS APP LAB (Quantum Communication and Sensing Applications Laboratory), approvato nell’ambito del bando a cascata dello Spoke 8 Technology Transfer, finanziato attraverso i fondi PNRR e coordinato dal Dott. Davide Calonico, Direttore Scientifico dell'INRiM. 

Il progetto prevede la creazione di un Joint Lab per applicazioni di comunicazione quantistica e quantum sensing, basato su un modello pubblico-privato. L’obiettivo è integrare competenze scientifiche, tecnologiche e industriali, guidando il percorso che va dalla ricerca fondamentale fino all’implementazione di applicazioni pratiche, favorendo così il trasferimento tecnologico verso il mercato.

Gli obiettivi principali includono:

• Laboratorio congiunto pubblico-privato: istituzione di una piattaforma collaborativa che unisce ricerca e industria, creando un modello virtuoso di innovazione condivisa.
• Tecnologie di comunicazione quantistica: sviluppo di soluzioni per reti sicure basate su principi quantistici, con ricadute dirette sulla protezione dei dati e delle infrastrutture critiche.
• Quantum sensing per applicazioni avanzate: realizzazione di sensori quantistici ad alta precisione, con impatti in settori come la metrologia, la medicina e la sicurezza.
• Ecosistema nazionale ed europeo: rafforzamento del ruolo dell’Italia nello sviluppo delle tecnologie quantistiche, in sinergia con i progetti strategici di NQSTI e in un contesto di cooperazione internazionale.

Questi approcci puntano a fare del QCS APP LAB un polo di attrazione di interessi, infrastrutture e competenze, capace di autosostenersi a partire dal secondo anno di attività e di generare valore per il Sistema Paese, contribuendo al posizionamento competitivo dell’Italia e dell’Europa nel settore delle tecnologie quantistiche.