Giovedì, 06 giugno 2019

Il Dipartimento di Scienza dei Materiali Leader nei Materiali Avanzati per la Quantum Internet

Pubblicata su Nature Materials una Review su Invito sulle nanostrutture per la fotonica quantistica sviluppate presso il nostro Dipartimento

Quantum dots and quantum rings

Internet è uno strumento essenziale per tutti ed è cruciale il pericolo che le nostre comunicazioni possano essere intercettate e le informazioni rubate. Una strada da percorrere per superare i problemi di sicurezza è lo sviluppo di un Internet quantistico (Quantum Internet), cioè la trasmissione di informazioni attraverso una rete di nodi quantistici collegati da “flying qubit”, tipicamente fotoni, che viaggiano su lunghe distanze alla velocità della luce. La generazione di questi fotoni avviene attraverso atomi artificiali, i quantum dot. Uno dei gruppi leader nello studio e nella fabbricazione di questi atomi artificiali è coordinato da Stefano Sanguinetti, docente di Fisica della Materia presso il Dipartimento di Scienza dei Materiali, che ha recentemente pubblicato su Nature Materials una Review su invito dal titolo "Droplet epitaxy of semiconductor nanostructures for quantum photonic devices" (doi: https://doi.org/10.1038/s41563-019-0355-y), scritta in collaborazione con i leader internazionali nel campo della fotonica quantistica e della tecnica droplet epitaxy (Massimo GurioliZhiming Wang, Armando RastelliTakashi Kuroda e Stefano Sanguinetti).

 

La Quantum Internet è già una realtà?

«Il sogno della Quantum Internet è ancora lontano – spiega Stefano Sanguinetti. - Sono comunque già disponibili sistemi commerciali di comunicazione basati su crittografia quantistica, che offrono una maggiore sicurezza poiché utilizzano chiavi codificate negli stati dei sistemi quantistici (i fotoni) che vengono scambiati all’interno della rete.»

 

Qual è la tecnologia alla base della Quantum Internet affidabile?

«Un ingrediente chiave è lo sviluppo della sorgente di luce quantistica in grado di fornire fotoni con le caratteristiche richieste dalle nascenti tecnologie di comunicazione. Tra le diverse piattaforme per la generazione di fotoni, quelle basate su quantum dot di semiconduttori sono fra le più promettenti, in quanto permettono una forte ingegnerizzazione dell’emissione e possono essere integrate con altri componenti fotonici ed elettronici in chip miniaturizzati» spiega Stefano Sanguinetti.

Il gruppo di ricerca del Prof. Stefano Sanguinetti è all’avanguardia nella crescita di questi atomi artificiali, avendo sviluppato una tecnologia innovativa per la loro produzione all’interno di collaborazioni internazionali, che coinvolgono centri di ricerca giapponesi (NIMS Tsukuba), europei (JKU Linz e Università di Firenze) e cinesi (University of Electronic Science and Technology, Chengdu). Tale tecnologia, denominata “droplet epitaxy” dal suo inventore Dr. Noboyuki Koguchi (NIMS), permette di ottenere quantum dot, integrabili in dispositivi elettronici e circuiti fotonici, che emettono fotoni con le caratteristiche richieste. «La droplet epitaxy infatti consente l’estensione della gamma di gradi di libertà di progettazione dei quantum dot, vale a dire materiali, dimensioni, forma e densità, consentendo allo stesso tempo la regolazione precisa di simmetria, proporzioni e topologia delle nanostrutture» spiega il Prof. Sanguinetti.