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alla Macro Area: SISTEMI, COMPONENTI & MATERIALI OTTICI EVOLUTIalla Linea di Ricerca: Sorgenti Non-Classiche & Ottica Quantistica
Ingegneria quantistica di stati di luce

Il gruppo di ricerca di Ottica Quantistica sviluppa nuovi strumenti e tecniche per generare e manipolare gli stati quantistici della luce e caratterizzare la luce a livello di singoli fotoni. Questo ci ha permesso di condurre esperimenti che mettono alla prova i fondamenti della meccanica quantistica e aprire la strada alle tecnologie quantistiche emergenti.
Il gruppo è leader mondiale nella produzione, manipolazione, e la rilevazione di stati quantistici di luce in regime di variabili continue basati sull'interazione di impulsi laser ultracorti con cristalli non lineari. Nuove tecniche di preparazione condizionata consentono la produzione controllata di stati a singolo fotone e operazioni quantistiche di base come l'addizione e la sottrazione di singoli fotoni da stati di luce arbitrari. Sequenze arbitrarie e sovrapposizioni di tali operazioni, insieme con una combinazione altamente avanzata per rivelazione omodina nel dominio del tempo e tomografia quantistica, vengono utilizzati sia per l'analisi della fisica quantistica fondamentale, e come strumento di possibili applicazioni nei settori emergenti della comunicazione quantistica e elaborazione delle informazioni. Alcune realizzazioni recenti sono: amplificatore privo di rumore ad alta fedeltà per stati quantistici della luce e la produzione di entanglement ibrido quantistico-classico.
Sono state sviluppate tecniche originali per la preparazione di sovrapposizioni di stati quantici in temporalmente separati e rivelazione omodina di stati non classici in modalità spettro-temporali arbitrarie, che può rappresentare un efficace approccio per la codifica dell'informazione quantistica in uno spazio di Hilbert ad alta dimensionalità. In questo caso, sono state applicate per la prima volta le tecniche adattive tipiche della fisica del controllo coerente ultraveloce a misurare gli stati non classici di luce.

I nostri strumenti:

 Generazione stato quantistici con conversione parametrica
 Generazione condizionata di stati a singoli fotoni
 Operatori quantistici condizionati (operatori di creazione e annichilazione di fotoni)
 Sequenze e sovrapposizioni di operatori
 Analisi dello stato quantico da rivelazione omodina e tomografia quantistica
 Caratterizzazione e modellazione di impulsi ultracorti

I nostri temi di ricerca:

 Generazione di stati e operatori quantistici
 Test fondamenti della meccanica quantistica (regole di commutazione, etc.)
 Fornire le risorse di base per le nuove tecnologie quantistiche


Entanglement ibrido

Transizione tra stati classici e quantistici
Personale INO:

Dipendenti: Bellini Marco, Zavatta Alessandro

Ricercatori Associati: Biagi Nicola

Assegnisti/Dottorandi/Borsisti: Costanzo Luca Salvatore

UOS/Laboratorio INO:
Sezione INO di Sesto Fiorentino presso il Dipartimento di Fisica dell'Università degli Studi di Firenze

INO Group/Research Team: Luce Estrema

Area/e Applicativa:
Ricerca, Istruzione e formazione, Tecnologia delle Comunicazioni & Informazioni
Finanziamento da Progetti:
- Title: Informazione quantistica in uno spazio di Hilbert ad alta dimensionalità (Acronym: ACCORDO CNR/CNPq)
- Title: Nuovi cristalli non-lineari strutturati per l'estensione spettrale dei pettini di frequenza e per la generazione di stati quantistici ad alta efficienza (Acronym: CRF DE NATALE / BELLINI Nuovi cristalli non-linear)
- Title: Quantum technologies for extending the range of quantum communications (Acronym: QSCALE)
- Title: Simulatori ottici di trasporto quantistico in sistemi fotosintetici e prospettive per nuove tecnologie per l'energia solare (Acronym: FIRB 2010_RBFR10M3SB)
- Title: Sorgenti di radiazione innovative per regioni spettrali estreme (Acronym: CRF BELLINI / DE NATALE)
- Title: Studio e applicazioni degli stati quantistici di luce ibrida (Acronym: SAQLI)
Principali Prodotti della Ricerca associati:
1) A fully guided-wave squeezing experiment for fiber quantum networks su Optica (2016) di Kaiser F., Fedrici B., Zavatta A., D'Auria V., Tanzilli S. (Articolo su Rivista JCR/ISI)
2) Universal Continuous-Variable State Orthogonalizer and Qubit Generator su Physical Review Letters (2016) di Coelho A. S., Costanzo L. S., Zavatta A., Hugues C., Kim M. S., Bellini M. (Articolo su Rivista JCR/ISI)
3) Zero-Area Single-Photon Pulses su Physical Review Letters (2016) di Costanzo L. S., Coelho A. S., Pellegrino D., Mendes M. S., Acioli L., Cassemiro K. N., Felinto D., Zavatta A., Bellini M. (Articolo su Rivista JCR/ISI)
4) Generation of hybrid entanglement of light su Nature Photonics (2014) di Jeong H., Zavatta A., Kang M., Lee S.-W., Costanzo L. C., Grandi S., Ralph T. C., Bellini M. (Articolo su Rivista JCR/ISI)
5) Domain-engineered ferroelectric crystals for nonlinear and quantum optics su Ferroelectric Crystals for Photonic Applications (2014) di Bellini M., Cancio P., Gagliardi G., Giusfredi G., Maddaloni P., Mazzotti D., De Natale P. (Libro e/o Capitolo)
Altri Prodotti della Ricerca associati: 19

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