Description
Acronyme : SiQuro
Typologie : Grand projet
Titre complet :
Optique quantique sur puce de silicium pour l'informatique quantique et les sécurisées
Durée : du 01/09/2013 au 31/08/2017
Coûts totaux : 2 319 456,64 euros
Contribution PAT : 2 319 456,64 euros
Entité coordinatrice : Université de Trente
Chef de projet : Prof. Lorenzo Pavesi
Autres participants :
- Fondation Bruno Kessler
- Conseil national de la recherche - Institut national d'optique
- Eidgenössische Technische Hochschule Zürich
Domaine thématique OSR: Science des matériaux : micro-nanotechnologies inorganiques et hybrides
Site web : http://events.unitn.it/en/siquro
Objectifs du projet :
Le projet SIQURO porte sur les communications sécurisées et l'informatique quantique. Dans les deux cas, un rôle clé est joué par les fondements de la mécanique quantique, qui a la propriété que seule une mesure directe (et donc une perturbation) permet de connaître l'état du système.
Ainsi, ni l'évolution d'un système dans le temps, ni les détails des états composés de plusieurs particules ne peuvent être connus a priori. Ces deux propriétés peuvent donc être utilisées pour réaliser, d'une part, des générateurs de nombres parfaitement aléatoires et, d'autre part, des ordinateurs qui effectuent de nombreuses opérations sur des variables continues en parallèle et en même temps, générant une multiplicité de résultats en même temps.
D'une part, les générateurs de nombres aléatoires fournissent des clés de sécurité qui permettent de crypter les données et de sécuriser les communications. D'autre part, le calcul quantique a besoin d'une plate-forme pour être réalisé, et dans le cas de SIQURO, cette plate-forme est l'optique intégrée au silicium. Le choix de la photonique quantique intégrée au silicium est motivé par la possibilité de reproduire le succès de la microélectronique en photonique et de réaliser ainsi des systèmes quantiques rapides, de faible puissance, pouvant être produits en masse et peu coûteux. SIQURO ouvre la voie à la deuxième révolution quantique, après le transistor et le laser.
Même la Commission européenne partage l'importance de cette voie, à tel point que le lancement d'un projet phare sur les technologies quantiques pour 2020 a déjà été approuvé.
État de l'art et solutions au problème/solutions existant avant le projet, et améliorations introduites par le projet :
Dans SIQURO, nous avons l'ambition d'intégrer pour la première fois un système photonique quantique complet (source, circuit, détecteur). Il existe des exemples dans la littérature de composants isolés ou de systèmes macroscopiques qui réalisent des fonctions similaires, mais il n'y a pas de circuits qui intègrent tous les différents composants sur une seule puce. En revanche, des générateurs physiques de nombres aléatoires existent sur le marché(www.idquantique.com ) , l'innovation de SIQURO est l'intégration de tous les composants du générateur sur une seule puce de silicium, ce qui permettra d'obtenir des avantages compétitifs en termes de performance, de coût, d'encombrement et d'industrialisation.
Organisation du travail :
Le groupe de travail comprend des chercheurs, des collaborateurs et des doctorants du laboratoire de nanoscience et du laboratoire Cryptolab de l'Université de Trente, des chercheurs du Centre des matériaux et des microsystèmes de la Fondation Bruno Kessler, des chercheurs et des collaborateurs de l'Institut national d'optique du CNR des unités de Florence et de Trente, et enfin des chercheurs et des collaborateurs de l'Institut fédéral suisse de technologie de Zurich. En outre, diverses entreprises participent en tant que sous-traitants : III-V lab (France), Telsy et AdvanSid.
Le projet implique une complémentarité d'actions allant du développement de nouvelles théories dans le domaine de l'optique quantique, de la conception et de la réalisation de circuits optiques intégrés, de la mesure et de la modélisation des phénomènes physiques observés, à la fabrication et à la validation de prototypes opérationnels. Un facteur commun dans la fabrication est l'utilisation de technologies microélectroniques au silicium.
Il existe actuellement diverses collaborations avec des groupes internationaux qui ont abouti à l'organisation d'événements conjoints (par exemple, les TopoDays(http://webmagazine.unitn.it/en/evento/dphys/8846/topodays-2016 )).
Du point de vue des applications, nous travaillons à la mise en place d'une start-up universitaire pour industrialiser le générateur de nombres aléatoires. À cette fin, nous avons une série de contacts avec de nombreuses entreprises par l'intermédiaire de Trentino Sviluppo. Les exigences de confidentialité nous empêchent de divulguer les noms de ces entreprises.
Résultats obtenus :
Au cours du projet, 14 articles ont été publiés en 2016, 24 en 2015, 7 en 2014. Deux brevets ont été déposés, dont un international. Nous avons été invités à participer au groupe de travail italien sur le flagship. En 2017, nous organisons une école de physique sur la photonique quantique intégrée en collaboration avec l'Institut de photonique et de nanotechnologie du CNR.
En détail, une théorie complète des fluides lumineux quantiques a été élaborée, nous avons démontré un générateur de nombres aléatoires quantiques sûr et modélisable, nous avons fabriqué des circuits photoniques quantiques qui traitent des états intriqués de la lumière, nous avons démontré pour la première fois un détecteur dans l'infrarouge moyen à température ambiante capable d'effectuer des corrélations d'états intriqués, nous avons produit des microcavités optiques en nitrure de silicium avec des facteurs de qualité de plus de quelques millions, .....
Impact :
Il existe une difficulté générale à breveter qui est due à la longueur et à la complexité de la procédure d'obtention d'un brevet. Un autre aspect délicat est le fait que, contrairement aux projets européens, la propriété du brevet appartient à la province, ce qui complique la formalisation des collaborations sur les thèmes du projet SIQURO et l'exploitation industrielle des résultats. Pour ces raisons, nous n'avons breveté que les différentes architectures et méthodologies sous-jacentes aux générateurs de nombres aléatoires car nous avons un fort intérêt à créer une start-up. Les autres résultats, bien qu'ayant un potentiel d'application considérable, ont été publiés.
Mots-clés : photonique, communications sécurisées, sécurité, informatique quantique, silicium
Communiqué de presse :
https://www.ufficiostampa.provincia.tn.it/content/view/full/42857
Pages web sur le générateur de nombres aléatoires
http://webmagazine.unitn.it/ricerca/10292/proteggere-i-dati-di-pagamenti-e-conversazioni