ELETTRONICA/ Comunicazioni sicure con i futuri dispositivi nanofotonici

C’è anche il Politecnico di Milano nella ricerca che ha prodotto un significativo passo in avanti verso i futuri sistemi quantistici per la comunicazione sicura. Lo studio, i cui risultati sono appena stati pubblicati su Applied Physics Letters, è frutto di una collaborazione tra National Institute of Standards and Technology (NIST), University of California in San Diego, IBM TJ Watson Research Center e il nostro ateneo milanese. Siamo nel campo della nanofotonica, un settore molto promettente e in grande sviluppo. Ne abbiamo parlato con Alberto Tosi, del Dipartimento di Elettronica e Informazione del Politecnico di Milano, uno degli autori della ricerca.

Le vostre ricerche si inseriscono nel campo dei dispositivi nanofotonici su silicio: può tratteggiarne brevemente le caratteristiche?

Da qualche anno la comunità scientifica sta lavorando nella direzione di integrare sullo stesso chip sia componenti elettronici che ottici. Per superare le limitazioni di banda dei componenti elettronici, si è iniziato ad utilizzare componenti ottici quali modulatori, fotorivelatori e multiplexer ultracompatti a divisione di lunghezza d'onda (WDM) da integrare con circuiti CMOS digitali e analogici ad alte prestazioni. Un computer basato su questo tipo di tecnologia può essere anche tre ordini di grandezza più veloce rispetto alle migliori macchine attuali. Inoltre è possibile sfruttare le proprietà quantistiche della luce (lavorando a livello di singoli fotoni) per costruire sistemi di comunicazioni assolutamente sicuri e per sviluppare piattaforme di simulazione di eventi quantici.

In particolare con quest’ultima ricerca vi siete indirizzati verso la generazione di fotoni singoli: perché è così interessante?

La fotonica quantistica su chip promette la combinazione di elevate prestazioni, integrazione dei dispositivi e scalabilità necessaria per molte tecnologie nel campo del quantum information processing, delle comunicazioni e della metrologia. Tutto questo porta allo sviluppo di componenti integrati su chip per la generazione, manipolazione e rivelazione degli stati quantistici. Volendo sfruttare le proprietà della luce è necessario avere il controllo sui singoli quanti di luce, quindi sui fotoni. Si capisce dunque come sia fondamentale avere una buona sorgente di singoli fotoni per ottenere un sistema complessivo con elevate performance. Il nostro lavoro di ricerca aveva lo scopo di sviluppare una sorgente di singoli fotoni che si aggiungesse ad altre due tecnologie (interferometri per manipolare l'entanglement dei fotoni e rivelatori di singoli fotoni) recentemente sviluppate per costruire circuiti ottici quantistici e per sistemi quantistici per la comunicazione sicura.

Cosa avete dimostrato e quali tecnologie avete utilizzato?