Quantum technologies Lab

Il laboratorio, supervisionato dal Dott. Massimiliano Proietti, conduce ricerche in vari settori della tecnologia quantistica, che spaziano dalle reti quantistiche multi-dominio al rilevamento quantistico per positioning, navigation e timing (PNT) e all'imaging quantistico. Svolge inoltre un ruolo attivo in numerosi progetti nazionali e internazionali, nonché in importanti enti di standardizzazione.

Questa area di ricerca si concentra sulle reti di comunicazione quantistica che abbracciano molteplici domini fisici (terrestre, spazio libero, satelliti). Le reti quantistiche multi-dominio vengono implementate in tutto il mondo per interconnettere dispositivi e processori quantistici, consentendo capacità di rilevamento potenziate, aumentando la potenza di calcolo e creando infrastrutture di comunicazione sicure grazie alla distribuzione di chiavi quantistiche (Quantum Key Distribution - QKD) e ad altre primitive crittografiche.

Cosa facciamo

• A livello fisico, sviluppiamo sistemi QKD (HW e SW) in fibra ottica e spazio libero. Ciò include componenti critici e software quali generatori di numeri casuali quantistici, meccanismi di puntamento e tracciamento, sorgenti di luce quantistica ed efficiente post-elaborazione.
• A livello di rete, integriamo soluzioni quantistiche e post-quantistiche attraverso sistemi di gestione delle chiavi personalizzati. Implementiamo reti QKD su fibre di telecomunicazione come la Rome Quantum Metropolitan Area Network.
• Studiamo e implementiamo tecniche di caratterizzazione e contromisure contro l'hacking quantistico sui sistemi QKD.

Quest'area di ricerca, guidata dal Dott. Gianmaria Milani, si concentra sullo sviluppo di tecnologie di nuova generazione che sfruttano fenomeni atomici e quantistici, quali la coerenza e l'interferenza atomica, il raffreddamento laser e l'intrappolamento, per ottenere capacità di navigazione e sincronizzazione altamente precise e resilienti. Queste attività mirano a creare sensori in grado di funzionare indipendentemente dai tradizionali segnali GPS, fornendo un posizionamento e una sincronizzazione accurati in ambienti privi di GPS, come quelli aerei, marittimi e subacquei, migliorando al contempo la navigazione nello spazio profondo, la sincronizzazione delle comunicazioni e i radar multi-statici.

Cosa facciamo

• Sviluppiamo orologi atomici compatti basati su atomi freddi o transizioni ottiche per garantire elevata precisione, stabilità a lungo termine e SWaP ridotto.
• Sviluppiamo componenti di base per unità di misura inerziale (Inertial Measurement Unit’s - INS) basate sulla tecnologia quantistica, quali giroscopi ottici a fibra potenziati con tecnologia quantistica (Fiber Optical Gyroscopes - FOG) e accelerometri quantistici.
• Studiamo e implementiamo soluzioni di miniaturizzazione per l'integrazione dei prototipi.

Quest'area di ricerca, guidata dalla Dott.ssa Alessia Suprano, si concentra sullo sviluppo di tecnologie di imaging avanzate in grado di fornire prestazioni superiori in ambienti visivi degradati e condizioni di occultamento, aprendo la strada alla prossima generazione di sistemi di rilevamento e sorveglianza. Queste tecnologie svolgono un ruolo cruciale nel migliorare la consapevolezza situazionale e la raccolta di informazioni in un'ampia gamma di settori, tra cui piattaforme aeree, terrestri, navali e spaziali.

Cosa facciamo

• Studiamo e sviluppiamo soluzioni di imaging quantistico basate sull'entanglement quantistico, che sfruttano la naturale occultabilità dell'illuminazione a livello di singolo fotone e le correlazioni quantistiche per migliorare le prestazioni in termini di risoluzione e copertura.
• Progettiamo e implementiamo sistemi LiDAR che utilizzano rilevatori di singoli fotoni all'avanguardia per consentire l'imaging non in linea di vista, permettendo la visione dietro angoli, ostacoli o oscuranti.

Quest'area di ricerca, guidata dal Dott. Federico Grasselli, mira a sviluppare gli strumenti teorici necessari alle attività svolte nelle altre aree di ricerca, avvalendosi di una solida esperienza nell'ottica quantistica, nella teoria dell'informazione quantistica e nella modellizzazione software. Inoltre, l'area di ricerca esplora approcci e tecniche innovativi nella crittografia quantistica, nella sicurezza QKD, nella simulazione di reti quantistiche e nell'imaging quantistico.

Cosa facciamo

• Sviluppiamo metodi di test e certificazione per valutare la sicurezza dei sistemi e dei componenti QKD.
• Sviluppiamo e implementiamo nuove applicazioni crittografiche che vanno oltre il QKD.
• Ci prepariamo per l'Internet quantistico con simulazioni avanzate di reti quantistiche e software di gestione della rete.

Contributi alle conferenze del 2025

• ETSI/IQC Quantum Safe Cryptography Conference 2025 – “Comparing practical Quantum Digital Signatures”
• QCrypt 2025 – “IT-secure practical Quantum Digital Signatures”
• Conference on Lasers and Electro-Optics Europe & European Quantum Electronics Conference (CLEO/Europe-EQEC) - “Quantum Ghost Imaging of remote targets with novel SPAD technology”
• Quantum 2.0 – “Quantum Ghost Imaging of remote targets with a SPAD camera”
• Quantum 2.0 – “Path towards single photon detection at the mid-infrared wavelengths at room temperature”
• Advanced Photon Counting Techniques XIX – “Quantum imaging with undetected photons of non-transmissive target”
• ICOLS 2025 – “Progress on cold-atoms based quantum atomic clocks at Leonardo Innovation Hub”
• Ares 2025 - International Conference on Availability, Reliability and Security – “Quantum Security Mechanisms for Defense Applications”
• MILCOM 2025 – “Advances in Quantum Technologies for Defense: Opportunities and Security Challenges”
• SPIE Photonics 2025 – “The Rome Quantum Metropolitan Area Network and the EuroQCI program”
• SPIE Sensors + Imaging 2025 – “Effect of relay surface calibration on reconstruction capabilities of SPAD array-based non-line-of-sight imaging systems”

Sui media

• I piani di Leonardo: un’AI più veloce che consuma meno
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• Il piccolo mondo dei quanti: un viaggio nella meccanica quantistica
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