SIQUST

Responsabile: dott. Jacopo FORNERIS

Associati: Pietro Apra’, Alfio Battiato, Andrea Beraudo, Valentina Bonino, Sviatoslav Ditalia Tchernij, Marco Monteno, Marco Truccato

Il progetto di ricerca congiunto “SIQUST – Single‐photon sources as new quantum standards“ (17FUN06) è una collaborazione di durata triennale (06/2018-05/2021) tra Istituti Metrologici Nazionali, Istituti di ricerca e partner industriali europei, ed è finanziata nell’ambito dell’iniziativa EMPIR dall’Associazione Europea degli Istituti Metrologici Nazionali (EMPIR) e dal Programma di Ricerca e Innovazione Horizon 2020 dell’Unione Europea.

Obiettivi

Il progetto SIQUST ha come obiettivo lo sviluppo di nuove sorgenti di radiazione assolute, che utilizzando la natura discreta e quantistica dei fotoni.
Tali sorgenti sono basate su sorgenti di singolo fotone, emettitori quantistici con elevato grado di purezza (i.e. bassa probabilità di emissione multipla di fotoni). Tali sistemi prospettano promettenti applicazioni come standard quantustici, e.g. la calibrazione di rivelatori di singolo fotone, la realizzazione della candela nel sistema internazionale delle unità di misura, lo sviluppo di generatori di numeri casuali, l’implementazione di protocolli di quantum key distribution e la definizione di sensori di campo ad elevata sensibilità.

In questo senso il diamante artificiale è un materiale promettente per lo sviluppo di sorgenti di singolo fotone, poiché è in grado di ospitare nella sua matrice cristallina numerosi difetti reticolari luminescenti nello spettro del visibile (noti come “centri di colore”), dotati di interessanti proprietà di emissione spettrale e di spin.

Il ruolo dell’INFN nel progetto SIQUST è dedicato all’esplorazione ed al controllo elettrico di nuovi emettitori quantistici classi di sorgenti di singolo fotone a base diamante mediante l’impiantazione ionica e la funzionalizzazione elettrica del materiale, nonché al loro utilizzo come sorgenti di singolo fotone per applicazioni metrologiche con standard radiometrici e sensori di campo.

SIQUST presso INFN

Il contributo dell’INFN al progetto SIQUST verte su tre principali attività:

– Fabbricazione di centri di colore con emissione quantistica mediante l’impiantazione a basse fluenze di determinate specie ioniche in diamante. I centri di colore verranno studiati e caratterizzati nelle loro proprietà di emissione mediante un apparato di microscopia confocale in fotoluminescenza sensibile al singolo fotone.

– Stimolazione e controllo dell’emissione di singoli fotoni mediante l’applicazione di campi
elettromagnetici. In particolare, mentre i principali risultati ottenuti allo stato dell’arte sono focalizzati sulla stimolazione ottica di centri di colore in diamante, il progetto mira allo sviluppo di sorgenti di singolo fotone elettroluminescenti. Tale risultato mira alla realizzazione di dispositivi allo stato solido direttamente integrabili in circuiti opto-elettronici per l’ottica quantistica. Tale scopo verrà perseguito tramite la funzionalizzazione elettrica del diamante artificiale con tecniche di litografia con fasci ionici.

– L’applicazione di campi elettromagnetici oscillanti consente, inoltre, il controllo dello stato di spin del complesso azoto-vacanza (centro NV) e la sua lettura ottica in regime di fotoluminescenza, con importanti potenziali applicazioni nell’ambito della nano-sensoristica e del calcolo quantistico. Tale studio sarà effettuato presso un apparato sperimentale sviluppato presso i Laboratori della Sezione INFN di Torino per il controllo e la lettura dello spin del centro NV e la sua applicazione per la caratterizzazione di dispositivi in diamante.

dott. Jacopo FORNERIS

INFN
Via P.Giuria 1, 10125 TORINO
Tel +39 011 670 7499
jacopo.forneris@to.infn.it

Per maggiori informazioni, articoli, foto, visitare il sito ufficiale di SIQUAT: https://www.siqust.eu/