I singoli fotoni e altri stati quantistici della radiazione sono sistemi fisici ideali in cui codificare informazione quantistica, grazie alle loro eccellenti proprietà di coerenza. Infatti, la fotonica quantistica rappresenta una piattaforma promettente per implenetare svariati protocolli per comunicazioni quantistiche, simulazione quantistiche, calcolo o metrologia quantistica. Per realizzare tali protocolli sperimentalmente, gli stati quantistici della luce sono manipolati tramite dispositivi interferometrici complessi, in grado di manipolare numerosi modi ottici in modo controllato.

Questi dispositivi interferometrici presentano requisiti critici in termini di stabilità e compattezza, che possono essere raggiunti adottando un approccio basato sull'ottica integrata. In questo contesto, la scrittura diretta di circuiti in guida d'onda tramite microlavorazione laser a femtosecondi rappresenta una tecnologia di fabbricazione estremamente potente e versatile, con notevoli capacità nella realizzazione di layout innovativi per i circuiti ottici, e nell'integrazione di funzionalità fotoniche diverse all'interno di un substrato microstrutturato in 3D.

Il nostro gruppo di ricerca è costituito in sinergia tra ricercatori del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano e dell'Istituto di Fotonica e Nanotecnologie del Consiglio Nazionale delle Ricerche (IFN-CNR), ed è attivo da oltre quindici anni nel campo della fotonica quantistica integrata. Gli esperimenti sono solitamente sviluppati nell'ambito di collaborazioni con altri gruppi di ricerca, a livello italiano o internazionale, di rinomata competenza nell'ottica e informazione quantistica, sia teorica che sperimentale. Attualmente, sono in corso progetti con la Sapienza Università di Roma, l'Università di Vienna (Austria) e l'International Iberian Nanotechnology Laboratory di Braga (Portogallo).

In questa attività di tesi, lo studente contribuirà alla progettazione, ingegnerizzazione e fabbricazione di dispositivi avanzati in ottica integrata, sfruttando la tecnologia di microlavorazione tramite laser a femtosecondi, con applicazioni nella manipolazione ed elaborazione dell'informazione quantistica. Lo studente parteciperà attivamente alle attività di ricerca in corso nel gruppo; in particolare, le tematiche attualmente oggetto di studio includono:

- processori fotonici universali: dispositivi riconfigurabili in grado di eseguire trasformazioni lineari arbitrarie su insiemi di modi ottici;

- modulatori ottici innovativi in substrato vetroso;

- dispositivi in guida d'onda multimodali, per la manipolazione integrata di qu-dit fotonici (la versione multi-livello dei qubit);

- dispositivi in guida d'onda realizzati in cristalli drogati, per applicazioni alle memorie quantistiche a stato solido.

La disponibilità di una tesi su uno o più di questi argomenti dipende dall'evoluzione specifica delle attività di ricerca nel periodo di interesse. Per ulteriori informazioni, siete invitati a contattare Andrea Crespi o Roberto Osellame.