Le correlazioni ottiche classiche e quantistiche rappresentano una risorsa fondamentale per lo sviluppo di nuove tecnologie, in grado di aprire inattese opportunità nei campi della metrologia, del posizionamento, dell'imaging e della sensoristica. Le correlazioni tra due o più fasci di luce sono inoltre di grande interesse teorico, dal momento che ricoprono una rilevanza chiave in ottica quantistica e in elettrodinamica quantistica e sono alla base di protocolli di informazione quantistica.
Il Progetto di Ricerca prevede tre Unità di ricerca: una teorica, l'Unità di Milano (presso il Dipartimento di Fisica dell'Università degli Studi di Milano) e due sperimentali, l'Unità di Como (presso il Dipartimento di Fisica e Matematica dell'Università degli Studi dell’Insubria) e l'Unità di Torino (presso l'I.N.Ri.M.). La collaborazione tra le tre Unità è consolidata da lungo tempo, come attestano le numerose pubblicazioni congiunte. All’interno del Progetto, le Unità progetteranno e svilupperanno schemi di misura innovativi ed ad alta precisione basati sulle correlazioni esistenti tra due o più fasci di luce. Saranno utilizzati stati ottici caratterizzati da correlazioni classiche o quantistiche e ne verrà studiata la dinamica in condizioni realistiche, tenendo conto delle perdite durante la propagazione dei segnali e delle imperfezioni durante la rivelazione, che inevitabilmente deteriorano la qualità dei risultati. Le Unità analizzeranno nel dettaglio le applicazioni delle correlazioni della luce all'imaging di campioni fotosensibili (protocolli di sub-shot noise imaging e di ghost imaging) e alla rivelazione di oggetti debolmente assorbenti in ambienti rumorosi (protocollo di quantum illumination). Denominatore comune di tutti i protocolli sarà uno stato Gaussiano a due modi dotato di correlazioni classiche o quantistiche. Tra gli stati Gaussiani, gli stati termici e gli stati twin beam a molti modi giocheranno un ruolo fondamentale nel Progetto, rappresentando la principale risorsa di correlazioni rispettivamente classiche e quantistiche che le Unità utilizzeranno. La sorgente di correlazioni classiche, che può essere interpretata come la controparte classica dello stato twin beam, sarà uno stato bipartito ottenuto facendo passare un campo termico attraverso un beam splitter bilanciato: i due fasci emergenti dal beam splitter presentano, infatti, correlazioni puramente classiche. D'altro canto, il twin beam a molti modi sarà prodotto grazie al processo di parametric down-conversion in cristalli nonlineari. Le Unità svilupperanno protocolli in cui uno dei due fasci sarà indirizzato verso un bersaglio (rappresentato o da un beam splitter o da un oggetto poco visibile) e l’altro sarà utilizzato come un'"ancella", il cui impiego effettivo dipenderà dal protocollo considerato. La ricerca sarà successivamente estesa all’uso di uno stato Gaussiano tripartito a molti modi come sorgente di stati a due modi generati tramite misure condizionate, che presenteranno anche un carattere non-Gaussiano: ciò offrirà la possibilità di esplorare un regime completamente nuovo per tecniche di sensing ad alta precisione. In realtà, una delle richieste più importanti per raggiungere uno dei principali obiettivi del Progetto, cioè la realizzazione di uno schema di misura ad alta precisione, sarà l’affidabilità del sistema di rivelazione dei segnali in uscita; nel Progetto considereremo in particolare due tipi di rivelatori, cioè telecamere (CCD e EMCCD) e fonorivelatori ibridi (HPD), accuratamente caratterizzati dalle Unità sperimentali coinvolte nel Progetto.
Il Progetto di Ricerca prevede tre Unità di ricerca: una teorica, l'Unità di Milano (presso il Dipartimento di Fisica dell'Università degli Studi di Milano) e due sperimentali, l'Unità di Como (presso il Dipartimento di Fisica e Matematica dell'Università degli Studi dell’Insubria) e l'Unità di Torino (presso l'I.N.Ri.M.). La collaborazione tra le tre Unità è consolidata da lungo tempo, come attestano le numerose pubblicazioni congiunte. All’interno del Progetto, le Unità progetteranno e svilupperanno schemi di misura innovativi ed ad alta precisione basati sulle correlazioni esistenti tra due o più fasci di luce. Saranno utilizzati stati ottici caratterizzati da correlazioni classiche o quantistiche e ne verrà studiata la dinamica in condizioni realistiche, tenendo conto delle perdite durante la propagazione dei segnali e delle imperfezioni durante la rivelazione, che inevitabilmente deteriorano la qualità dei risultati. Le Unità analizzeranno nel dettaglio le applicazioni delle correlazioni della luce all'imaging di campioni fotosensibili (protocolli di sub-shot noise imaging e di ghost imaging) e alla rivelazione di oggetti debolmente assorbenti in ambienti rumorosi (protocollo di quantum illumination). Denominatore comune di tutti i protocolli sarà uno stato Gaussiano a due modi dotato di correlazioni classiche o quantistiche. Tra gli stati Gaussiani, gli stati termici e gli stati twin beam a molti modi giocheranno un ruolo fondamentale nel Progetto, rappresentando la principale risorsa di correlazioni rispettivamente classiche e quantistiche che le Unità utilizzeranno. La sorgente di correlazioni classiche, che può essere interpretata come la controparte classica dello stato twin beam, sarà uno stato bipartito ottenuto facendo passare un campo termico attraverso un beam splitter bilanciato: i due fasci emergenti dal beam splitter presentano, infatti, correlazioni puramente classiche. D'altro canto, il twin beam a molti modi sarà prodotto grazie al processo di parametric down-conversion in cristalli nonlineari. Le Unità svilupperanno protocolli in cui uno dei due fasci sarà indirizzato verso un bersaglio (rappresentato o da un beam splitter o da un oggetto poco visibile) e l’altro sarà utilizzato come un'"ancella", il cui impiego effettivo dipenderà dal protocollo considerato. La ricerca sarà successivamente estesa all’uso di uno stato Gaussiano tripartito a molti modi come sorgente di stati a due modi generati tramite misure condizionate, che presenteranno anche un carattere non-Gaussiano: ciò offrirà la possibilità di esplorare un regime completamente nuovo per tecniche di sensing ad alta precisione. In realtà, una delle richieste più importanti per raggiungere uno dei principali obiettivi del Progetto, cioè la realizzazione di uno schema di misura ad alta precisione, sarà l’affidabilità del sistema di rivelazione dei segnali in uscita; nel Progetto considereremo in particolare due tipi di rivelatori, cioè telecamere (CCD e EMCCD) e fonorivelatori ibridi (HPD), accuratamente caratterizzati dalle Unità sperimentali coinvolte nel Progetto.