Laboratorio Quantum

Quantum technologies Lab

Tecnologie quantistiche per la sicurezza dei dati industriali - Company

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.

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Quantum communications & multidomain networks

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.

Quantum sensing per Position, Navigation & Timing (PNT)

 

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.

Quantum imaging

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.

Quantum theory & modelling

 

 

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.

Risultati

2

Brevetti depositati/pubblicati

5 (5 in corso)

Dottorandi

3 (1 in corso)

Tesi di laurea magistrale

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

Scopri una selezione dei paper pubblicati

Funded projects (current and concluded)

EDA PADR QUANTAQUEST
EDA PADR QUANTAQUEST
Topic: Quantum Communication & Sensing for Defence
EC Project EuroQCI GROUND SEGMENT – OQTAVO
EC Project EuroQCI GROUND SEGMENT – OQTAVO
Topic: Terrestrial Segment for a European quantum communication infrastructure
ESA Project EuroQCI SPACE SEGMENT – SAGA
ESA Project EuroQCI SPACE SEGMENT – SAGA
Topic: Space Segment for a European quantum communication infrastructure
DIGITAL EUROPE QUID
DIGITAL EUROPE QUID
Topic: Deployment of Italian quantum communication infrastructure
PNRM Q4SEC
PNRM Q4SEC
Topic: A national Supply chain for per Quantum Communication Components and Systems

PNRM ELOQUENT
Topic: Entanglement over long distances for quantum sensing and communication
National Quantum Science and Technology Institute
Italian Recovery Fund (PNRR) National Quantum Science and Technology Institute
Topic: Italian Quantum Supply Chain from Basic Research to Technology Transfer
EDF ADEQUADE
EDF ADEQUADE
Topic: Quantum Sensing for Optronics and PNT (Quantum Clocks)
Topic: Quantum ghost imaging for remote sensing
EDA
EDA QUANDO QUANDO
Contract 1: Quantum Technologies for Defence in Optronics sensing
Contract 2: Quantum Technology for Defence in RF sensing 
MoD-IT Funded Programme GCAP
MoD-IT Funded Programme GCAP
ESA GSTP QSVP
ESA GSTP QSVP
Topic: QKD and PQC certification, quantum threat intelligence database
HORIZON EU MUQUABIS
HORIZON EU MUQUABIS
Topic: Quantum Ghost Imaging for New Vision Systems
LEONARDO Solvers Wanted Challenge
LEONARDO Solvers Wanted Challenge
Contract 2: Quantum Radar / Lidar
EDF CASSATA
EDF CASSATA
Topic: Covert Lidar techniques
 
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