Le tecnologie fotoniche quantistiche offrono la possibilità di sfruttare i principi fondamentali della fisica quantistica per implementare protocolli di comunicazione estremamente sicuri, offrendo un’enorme potenza di calcolo e raggiungendo una sensibilità senza precedenti nelle misure.

Un tipico sistema fotonico quantistico comprende tre compiti fondamentali: generazione di fotoni (basata su sorgenti di singolo fotone), manipolazione dello stato quantistico (basata su circuiti interferometrici) e misurazione dello stato dei fotoni (basata su rivelatori di singolo fotone). In questo scenario l’integrazione (monolitica o ibrida) di tutte queste componenti gioca un ruolo chiave, garantendo una scalabilità senza eguali nelle applicazioni.

Il progetto Hi-Light (Hybrid Integration of Laser-written Interferometers and sinGle pHoton deTectors) è in grado di fornire una svolta sperimentale nell'integrazione di circuiti fotonici programmabili sfruttando un approccio ibrido che prevede l’utilizzo di tecniche di scrittura di guide d’onda su substrati di vetro mediante laser a femtosecondi combinati con array di rivelatori di singolo fotone SPAD (single photon avalanche diodes).

L’utilizzo di tecnologie custom sia per lo sviluppo di circuiti fotonici sia per i fotorivelatori consente di esplorare geometrie 3D per i circuiti fotonici programmabili con un enorme potenziale di scalabilità. I rivelatori SPAD al silicio realizzati in tecnologia custom planare permettono di raggiungere alta efficienza nel vicino infrarosso e possono essere utilizzati a temperatura ambiente consentendo un accoppiamento diretto con il circuito fotonico.

L’obiettivo chiave perseguito in questo progetto consiste nello sviluppo di una piattaforma fotonica integrata capace di implementare una trasformazione ottica arbitraria su un elevato numero di modi (fino a 64) ed integrando funzionalità di misurazione delle coincidenze tra i fotoni rilevati.

La ricerca sarà coordinata dal Dr. Francesco Ceccarelli dell’Istituto di Fotonica e Nanotecnologie del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-IFN) di Milano.