Descrição
Acrônimo: SiQuro
Tipologia: Projeto de grande porte
Título completo:
Óptica quântica em chip de silício para computação quântica e comunicações seguras comunicações seguras
Duração: 01/09/2013 a 31/08/2017
Custos totais: 2.319.456,64 euros
Contribuição do PAT: 2.319.456,64 euros
Entidade coordenadora: Universidade de Trento
Líder do projeto: Prof. Lorenzo Pavesi
Outros participantes:
- Fundação Bruno Kessler
- Conselho Nacional de Pesquisa - Instituto Nacional de Óptica
- Escola Politécnica de Zurique
Área temática OSR: Ciência dos materiais: micro-nano-tecnologias inorgânicas e híbridas
Site: http://events.unitn.it/en/siquro
Objetivos do projeto:
O projeto SIQURO tem como escopo a comunicação segura e a computação quântica. Em ambos os casos, um papel fundamental é desempenhado pelos fundamentos da mecânica quântica, que tem a propriedade de que somente uma medição direta (e, portanto, uma perturbação) permite que o estado do sistema seja conhecido.
Assim, nem a forma como um sistema evoluirá ao longo do tempo nem os detalhes dos estados compostos de muitas partículas podem ser conhecidos a priori. Assim, essas duas propriedades podem ser usadas para criar, por um lado, geradores de números perfeitamente aleatórios e, por outro lado, computadores que executam muitas operações em variáveis contínuas em paralelo e ao mesmo tempo, gerando uma multiplicidade de resultados ao mesmo tempo.
Por um lado, os geradores de números aleatórios são os fornecedores de chaves de segurança para criptografar dados com segurança e permitir comunicações seguras. Por outro lado, a computação quântica precisa de uma plataforma para ser realizada; no SIQURO, essa plataforma é a óptica integrada ao silício. A escolha da fotônica quântica integrada ao silício é motivada pela possibilidade de replicar o sucesso da microeletrônica na fotônica e, assim, realizar sistemas quânticos rápidos, de baixo consumo de energia, produzíveis em massa e baratos. O SIQURO prepara o cenário para a segunda revolução quântica, depois do transistor e do laser.
Até mesmo a Comissão Europeia compartilha a importância desse caminho, tanto que já foi aprovado o lançamento de um projeto principal sobre tecnologias quânticas para 2020.
Estado da arte e soluções para o problema/soluções existentes antes do projeto e aprimoramentos introduzidos pelo projeto:
No SIQURO, temos a ambição de integrar um sistema fotônico quântico completo (fonte, circuito, detector) pela primeira vez. Há exemplos na literatura de componentes isolados ou sistemas macroscópicos que realizam funções semelhantes, mas não há circuitos que integrem todos os vários componentes em um único chip. Por outro lado, existem geradores físicos de números aleatórios no mercado(www.idquantique.com ) , a inovação da SIQURO é a integração de todos os componentes do gerador em um único chip de silício, o que permitirá vantagens competitivas em termos de desempenho, custo, área ocupada e industrialização.
Organização do trabalho:
O grupo de trabalho inclui pesquisadores, colaboradores e estudantes de doutorado do laboratório de Nanociência e do laboratório Cryptolab da Universidade de Trento, pesquisadores do Centro de Materiais e Microssistemas da Fundação Bruno Kessler, pesquisadores e colaboradores do Instituto Nacional de Óptica do CNR das unidades de Florença e Trento e, finalmente, pesquisadores e colaboradores do Instituto Federal Suíço de Tecnologia de Zurique. Além disso, várias empresas participam como subcontratadas: III-V lab (França), Telsy e AdvanSid.
O projeto envolve uma complementaridade de ações que vão desde o desenvolvimento de novas teorias no campo da óptica quântica, o projeto e a realização de circuitos ópticos integrados, a medição e a modelagem de fenômenos físicos observados, até a fabricação e a validação de protótipos operacionais. Um fator comum na fabricação é o uso de tecnologias microeletrônicas de silício.
Atualmente, há várias colaborações com grupos internacionais que resultaram na organização de eventos conjuntos (por exemplo, TopoDays(http://webmagazine.unitn.it/en/evento/dphys/8846/topodays-2016 ).
Do ponto de vista da aplicação, estamos trabalhando na criação de uma start-up universitária para industrializar o gerador de números aleatórios. Para isso, temos uma série de contatos com muitas empresas mediadas pela Trentino Sviluppo. Os requisitos de confidencialidade nos impedem de divulgar os nomes dessas empresas.
Resultados alcançados:
Durante o projeto, 14 artigos foram publicados em 2016, 24 em 2015 e 7 em 2014. Duas patentes foram registradas, uma das quais internacional. Fomos convidados a participar do grupo de trabalho italiano sobre o carro-chefe. Em 2017, estamos organizando uma escola de física sobre fotônica quântica integrada em colaboração com o Instituto CNR de Fotônica e Nanotecnologia.
Em detalhes, foi elaborada uma teoria completa de fluidos de luz quântica, demonstramos um gerador de números aleatórios quânticos seguro e modelável, fabricamos circuitos fotônicos quânticos que processam estados emaranhados de luz, demonstramos pela primeira vez um detector no infravermelho médio em temperatura ambiente capaz de realizar correlações de estados emaranhados, produzimos microcavidades ópticas de nitreto de silício com fatores de qualidade superiores a alguns milhões, ....
Impacto:
Existe uma dificuldade geral no registro de patentes, causada pela extensão e complexidade do procedimento envolvido no registro de patentes. Outro aspecto delicado é o fato de que, diferentemente dos projetos europeus, a propriedade da patente é da província, o que complica a formalização de colaborações nos tópicos do projeto SIQURO e a exploração industrial dos resultados. Por esses motivos, só patenteamos as várias arquiteturas e metodologias subjacentes aos geradores de números aleatórios porque temos grande interesse em criar uma start-up. Os outros resultados, embora com considerável potencial de aplicação, já foram publicados.
Palavras-chave: fotônica, comunicações seguras, segurança, computação quântica, silício
Comunicado à imprensa:
https://www.ufficiostampa.provincia.tn.it/content/view/full/42857
Páginas da Web sobre o gerador de números aleatórios
http://webmagazine.unitn.it/ricerca/10292/proteggere-i-dati-di-pagamenti-e-conversazioni