Descripción
Acrónimo: SiQuro
Tipología : Gran proyecto
Título completo:
Óptica cuántica en chip de silicio para la computación cuántica y las comunicaciones seguras
Duración: 01/09/2013 a 31/08/2017
Costes totales: 2.319.456,64 euros
Contribución PAT: 2.319.456,64 euros
Entidad coordinadora: Universidad de Trento
Director del proyecto: Prof. Lorenzo Pavesi
Otros participantes:
- Fundación Bruno Kessler
- Consejo Nacional de Investigación - Instituto Nacional de Óptica
- Eidgenössische Technische Hochschule Zürich
Área temática OSR: Ciencia de los materiales: micro-nano-tecnologías inorgánicas e híbridas
Página web: http://events.unitn.it/en/siquro
Objetivos del proyecto:
El proyecto SIQURO tiene como ámbito la comunicación segura y la computación cuántica. En ambos casos, desempeñan un papel clave los fundamentos de la mecánica cuántica, que tiene la propiedad de que sólo una medición directa (y por tanto una perturbación) permite conocer el estado del sistema.
Así pues, ni cómo evolucionará un sistema a lo largo del tiempo ni los detalles de los estados compuestos por muchas partículas pueden conocerse a priori. Así pues, estas dos propiedades pueden utilizarse para realizar, por un lado, generadores de números perfectamente aleatorios y, por otro, ordenadores que realicen muchas operaciones sobre variables continuas en paralelo y al mismo tiempo, generando una multiplicidad de resultados al mismo tiempo.
Por un lado, los generadores de números aleatorios son los proveedores de claves de seguridad con las que cifrar datos de forma segura y permitir comunicaciones seguras. Por otro lado, la computación cuántica necesita una plataforma sobre la que realizarse, en SIQURO esta plataforma es la óptica integrada en silicio. La elección de la fotónica cuántica integrada en el silicio está motivada por la posibilidad de replicar el éxito de la microelectrónica en la fotónica y realizar así sistemas cuánticos rápidos, de bajo consumo, producibles en masa y baratos. SIQURO sienta las bases de la segunda revolución cuántica, después del transistor y el láser.
Incluso la Comisión Europea comparte la importancia de esta vía, hasta el punto de que ya se ha aprobado la puesta en marcha de un proyecto emblemático sobre tecnologías cuánticas para 2020.
Estado del arte y soluciones al problema/soluciones existentes antes del proyecto, y mejoras introducidas por el proyecto:
En SIQURO tenemos la ambición de integrar por primera vez un sistema fotónico cuántico completo (fuente, circuito, detector). Existen ejemplos en la literatura de componentes aislados o sistemas macroscópicos que realizan funciones similares, pero no hay circuitos que integren todos los distintos componentes en un único chip. Por otra parte, existen generadores físicos de números aleatorios en el mercado(www.idquantique.com ) , la innovación de SIQURO es la integración de todos los componentes del generador en un único chip de silicio, lo que permitirá obtener ventajas competitivas en términos de rendimiento, coste, huella e industrialización.
Organización del trabajo:
El grupo de trabajo incluye investigadores, colaboradores y estudiantes de doctorado del laboratorio de Nanociencia y del laboratorio Cryptolab de la Universidad de Trento, investigadores del Centro de Materiales y Microsistemas de la Fundación Bruno Kessler, investigadores y colaboradores del Instituto Nacional de Óptica del CNR de las unidades de Florencia y Trento y, por último, investigadores y colaboradores de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich. Además, varias empresas participan como subcontratistas: III-V lab (Francia), Telsy y AdvanSid.
El proyecto implica una complementariedad de acciones que van desde el desarrollo de nuevas teorías en el campo de la óptica cuántica, el diseño y realización de circuitos ópticos integrados, la medición y modelización de fenómenos físicos observados, hasta la fabricación y validación de prototipos operativos. Un factor común en la fabricación es el uso de tecnologías microelectrónicas de silicio.
Actualmente existen diversas colaboraciones con grupos internacionales que han dado lugar a la organización de eventos conjuntos (por ejemplo, TopoDays(http://webmagazine.unitn.it/en/evento/dphys/8846/topodays-2016 ).
Desde el punto de vista de la aplicación, estamos trabajando en la creación de una start-up universitaria para industrializar el generador de números aleatorios. Para ello, mantenemos una serie de contactos con numerosas empresas con la mediación de Trentino Sviluppo. Las exigencias de confidencialidad nos impiden revelar los nombres de estas empresas.
Resultados obtenidos:
Durante el proyecto se publicaron 14 artículos en 2016, 24 en 2015 y 7 en 2014. Se presentaron dos patentes, una de ellas internacional. Se nos invitó a participar en el grupo de trabajo italiano sobre el buque insignia. En 2017 organizamos una escuela de física sobre fotónica cuántica integrada en colaboración con el Instituto de Fotónica y Nanotecnología del CNR.
En detalle, se ha elaborado una teoría completa de los fluidos cuánticos de luz, hemos demostrado un generador de números aleatorios cuántico seguro y modelable, hemos fabricado circuitos fotónicos cuánticos que procesan estados enredados de luz, hemos demostrado por primera vez un detector en el infrarrojo medio a temperatura ambiente capaz de realizar correlaciones de estados enredados, hemos producido microcavidades ópticas de nitruro de silicio con factores de calidad superiores a unos pocos millones, ....
Impacto:
Existe una dificultad general para patentar que viene dada por la duración y la complejidad del procedimiento que conlleva la patente. Otro aspecto delicado es el hecho de que, a diferencia de los proyectos europeos, la titularidad de la patente corresponde a la provincia, lo que complica la formalización de colaboraciones sobre los temas del proyecto SIQURO y la explotación industrial de los resultados. Por estas razones, sólo hemos patentado las distintas arquitecturas y metodologías subyacentes a los generadores de números aleatorios, ya que tenemos un gran interés en crear una start-up. Los demás resultados, aunque con un potencial de aplicación considerable, han sido publicados.
Palabras clave: fotónica, comunicaciones seguras, seguridad, computación cuántica, silicio
Nota de prensa:
https://www.ufficiostampa.provincia.tn.it/content/view/full/42857
Páginas web sobre el generador de números aleatorios
http://webmagazine.unitn.it/ricerca/10292/proteggere-i-dati-di-pagamenti-e-conversazioni