International year on quantum Science and Technology, 2025

La meccanica quantistica è una teoria fisica che rappresenta una grande rivoluzione sia nel pensiero scientifico sia nella nostra visione della realtà e dell’universo di cui facciamo parte. Permette di descrivere la maggior parte dei fenomeni oggi sperimentalmente osservati, nel mondo microscopico delle particelle elementari, oppure nel mondo macroscopico, come ad esempio le proprietà dei superconduttori. Ha già inciso profondamente sulle nostre vite portando allo sviluppo di tecnologie come transistor e laser che funzionano sulla base delle proprietà quantistiche dei semiconduttori e della radiazione elettromagnetica. Queste applicazioni e le nuove tecnologie di seconda generazione che si stanno sviluppando oggi sono un esempio iconico e affascinante di come la ricerca fondamentale possa portare, in un intervallo di tempo non prevedibile che a volte può essere anche molto lungo, a sviluppare applicazioni di grande impatto. Tecnologie capaci di innescare una vera rivoluzione, come è accaduto, ad esempio, nell’800 per l’elettricità, che ha cambiato per sempre la nostra vita quotidiana. E come potrebbe accadere ora per le nuove frontiere del calcolo e delle simulazioni quantistiche.

LA RICERCA TECNOLOGICA SUL QUANTUM: UNA SFIDA EMOZIONANTE

Gli ultimi anni hanno visto, a livello internazionale, un crescente aumento dell’attenzione e degli investimenti in promettenti tecnologie quantistiche emergenti come, ad esempio, le nuove generazioni di sensori, la crittografia, l’imaging quantistico, lo studio dei componenti dei nuovi computer quantistici come i qubit, il calcolo e le simulazioni quantistiche: applicazioni che potrebbero avere effetti rivoluzionari su alcuni aspetti della nostra vita quotidiana.

Per saperne di più sulle tecnologie emergenti: www.asimmetrie.it.

I PROGETTI INFN PER LA RICERCA TECNOLOGICA E INTERDISCIPLINARE

Dal 2020, l’INFN promuove le tecnologie quantistiche finanziando attraverso la sua Commissione Scientifica Nazionale 5 progetti dedicati alle ricerche tecnologiche e interdisciplinari in questo settore. Si tratta di attività altamente diversificate e qualificate in grado di costituire in futuro una rete interdisciplinare per la realizzazione di dispositivi avanzati che possano essere poi utilizzati in vari settori di interesse per l’INFN.

Ad oggi molti progetti diretti da giovani ricercatori e ricercatrici hanno permesso di arricchire le competenze dell’ente in settori prevalentemente legati alle tecnologie per il calcolo e per il sensing quantistici. Progetti come QUANTEP, DARTWARS e QUBIT stanno gettando le basi per la realizzazione di dispositivi quantistici utili sia alla realizzazione di qubit, sia alla rivelazione di fotoni con sensibilità superiori ai limiti classici dei rivelatori attualmente disponibili. Questi progetti hanno dato l’avvio a una linea di ricerca in continuo sviluppo con numerosi progetti all’attivo. Tra questi esperimenti come UNIDET, per la produzione di rivelatori integrati di singolo fotone, QUISS, per la ricostruzione di immagini oltre il limite quantistico, MOONLIGHT, per lo sviluppo di protocolli quantistici e T4QC, per la realizzazione di qubit ottici table-top. E nel 2024 QURE, per lo studio degli effetti della radiazione su qubit, SQUEEZE per la realizzazione di sensori integrati per le antenne gravitazionali e QUARTET, per la realizzazione di architetture di simulazione quantistica di fenomeni fisici. A fianco di questi progetti, la Commissione Scientifica Nazionale 5 finanzia assegni e progetti di giovani ricercatori come RESILIENCE, per la realizzazione di rivelatori innovativi di singolo fotone nello spettro delle microonde, ACESUPER_Q, per l’uso di qubit come rivelatori underground di raggi cosmici, QUTE_FDS, per la produzione di sensori a luce squeezed per antenne gravitazionali di grandi dimensioni come, ad esempio, il futuro Einstein Telescope. Infine, da diversi anni sono finanziate attività volte a realizzare centri di colore in diamante per la realizzazione di sensori quantistici come DIESIS, ASIDI, TEMPURA.