QUAntum Technologies Experimental Platform
Responsabile Locale e Nazionale: Andrea Salamon.
L’obiettivo principale di QUANTEP (QUAntum Technologies Experimental Platform) è lo sviluppo di una piattaforma sperimentale comune per lo studio delle tecnologie quantistiche ottiche su fotonica al silicio, operante nella banda C delle telecomunicazioni a 1550 nm.
In particolare, il progetto QUANTEP si concentrerà su quattro principali linee di ricerca:
- la progettazione di circuiti fotonici su silicio per il calcolo quantistico;
- l’ingegnerizzazione di sorgenti integrate di singoli fotoni;
- lo sviluppo di rivelatori integrati di singoli fotoni operanti a temperatura ambiente;
- l’utilizzo di nanomateriali quantistici per la realizzazione di dispositivi integrati per il controllo della polarizzazione.
Tutti i circuiti integrati progettati per il progetto QUANTEP verranno realizzati tramite un processo standard CMOS su Silicio su Isolante (SOI) con spessore di 220 nm, mentre tutti i processi produttivi speciali (ad esempio impianto ionico, deposizione di nanofili o materiali bidimensionali) saranno eseguiti nei laboratori di ricerca del team QUANTEP.
Lo studio delle porte logiche quantistiche ottiche lineari si focalizzerà sull’implementazione e caratterizzazione di una porta C-NOT (Controlled-NOT) a due qubit. Questo schema utilizza una porta lineare basata su coincidenze, che realizza tutte le operazioni di una C-NOT e richiede solamente singoli fotoni in ingresso. Tale configurazione potrebbe rappresentare un banco di prova utile per l’implementazione di circuiti quantistici più complessi, che in futuro richiederanno sorgenti e rivelatori di singoli fotoni integrati on-chip.
La ricerca di sorgenti integrate di singoli fotoni verrà condotta tramite impianto ionico, con l’obiettivo di individuare classi promettenti di centri emettitori operanti nella banda C delle telecomunicazioni. L’impianto ionico consente la fabbricazione di dispositivi attraverso il posizionamento controllato di emettitori allineati ai circuiti fotonici in silicio, con precisione nell’ordine dei nanometri.
Sarà sviluppato un rivelatore di singoli fotoni operante a temperatura ambiente, basato su una eterogiunzione integrata Bi₂Se₃/n-Si. Il Bi₂Se₃ appartiene a una nuova classe di materiali noti come isolanti topologici, con proprietà isolanti o semiconduttive nel bulk e fermioni di Dirac metallici sulla superficie, protetti topologicamente. Di conseguenza, l’elevata mobilità di carica unita alla presenza di un bandgap nel range delle telecomunicazioni rende questi materiali adatti a rivelatori veloci e sensibili per singoli fotoni.
I nanomateriali quantistici, basati su materiali bidimensionali (2D) e nanofili semiconduttori, saranno impiegati per realizzare nanodispositivi in grado di manipolare coerentemente e dinamicamente la polarizzazione dei fotoni, controllando le simmetrie fondamentali dell’Hamiltoniana del materiale stesso. I dispositivi sviluppati mostreranno una risposta spettrale sintonizzabile nella banda delle telecomunicazioni, una risposta ottica controllabile dinamicamente, e integrazione diretta con circuiti fotonici su silicio.
