SUPERTWIN

Obiettivo del progetto SUPERTWIN è superare i limiti dell’ottica classica per mettere a punto un microscopio super potente, in grado di sfruttare le proprietà dei fotoni “gemelli”, particelle elementari di luce teorizzate dalla fisica quantistica. Si potrà così raggiungere una risoluzione di poche decine di miliardesimi di metro (nanometri), consentendo di osservare ad esempio dettagli di virus o proteine. 

“Siamo consci che gli obiettivi che ci siamo prefissati siano molto ambiziosi” – spiega David Stoppa, responsabile dell’Unità di ricerca IRIS della Fondazione Bruno Kessler e coordinatore del progetto – “ma siamo altrettanto consapevoli della qualità del consorzio SUPERTWIN e confidiamo di poter bissare i successi dei precedenti progetti europei cui abbiamo partecipato. Con questo programma avremo un’importante opportunità per ampliare, oltre ai settori biomedicale e spaziale, la gamma di applicazioni delle nostre competenze nella progettazione di sensori di luce intelligenti.”

I ricercatori della Fondazione Bruno Kessler, guidati da David Stoppa, realizzeranno in particolare un sensore ottico innovativo che sarà alla base del funzionamento del microscopio.

Il progetto si concluderà nel 2018 e riceverà un fondo europeo pari a 3.900.000 euro. Fa parte del programma Horizon 2020 e in particolare delle attività di ricerca e innovazione in ambito scientifico e tecnologico che esplorano settori di sviluppo ad oggi sconosciuti e che andranno a definire le tecnologie del futuro. 

"L’obiettivo primario di SUPERTWIN consiste nel progettare e sviluppare un prototipo di microscopio che sfrutta fotoni denominati “entangled” per superare i limiti dell’ottica classica - prosegue Stoppa -. I fotoni “entangled” sono particelle elementari di luce teorizzati dalla fotonica quantistica, tali per cui il loro stato è fortemente correlato, come se fossero due gemelli connessi tra di loro da un filo invisibile. Nella pratica, noi possiamo guardare quello che avviene ad uno di loro per capire cosa è successo all’altro. Questo effetto contro-intuitivo è stato definito da Albert Einstein come “una sinistra azione a distanza”, prima di essere dimostrata sperimentalmente negli anni ’80. Il prototipo di SUPERTWIN sarebbe il primo esemplare di dispositivo di microscopia rappresentativo di una nuova tecnologia radicalmente innovativa fondata sui principi dell’ottica quantistica.

Il microscopio che verrà sviluppato in SUPERTWIN - prosegue - è costituito da tre elementi fondamentali: (i) emettitori a stato-solido di fotoni “entangled” basati su deposizioni di strati epitassiali di nitruri del gruppo III e di composti dei gruppi III-V; (ii) matrici di sensori a singolo fotone intelligenti, realizzate in tecnologia CMOS di ultima generazione, in grado di estrapolare la caratteristica dell’interferenza spazio-temporale esistente tra i fotoni rilevati; e (iii) algoritmi di elaborazione dei dati per estrapolare l’immagine da acquisire a partire dalla statistica dei fotoni “entangled” diffusi dell’oggetto. Il ruolo della Fondazione Bruno Kessler è quello di coordinare il progetto e le attività dei partner, nonché di contribuire in prima persona all’attività di ricerca tramite lo sviluppo del sensore a singolo fotone. Tale sensore sarà sviluppato dal team di ricercatori dell’unità di ricerca Integrated Radiation and Image Sensors – IRIS, presso FBK.

Questo concetto farà da apripista ad un nuovo paradigma nell’ambito dei sistemi microscopici ottici, che permetterà di superare le prestazioni ed i limiti forniti dalle tecniche di microscopia ad altissima risoluzione esistent".