BANDO PRIN 2022D. D. N. 104 DEL 2 FEBBRAIO 2022
TITOLO DEL PROGETTO: “Quantum imaging for exoplanet detection” (QUEXO)
CODICE CUP: D53D23002850006
Budget: € 94.396
P.I.: Prof. Cosmo Lupo
Altre Unità di Ricerca o eventuali Sub Unità: Agenzia Spaziale Italiana (Matera)
Breve descrizione del progetto
Le tecnologie quantistiche per la raccolta e l’elaborazione delle immagini promettono di raggiungere una risoluzione superiore a quella permessa dall’ottica classica. L'obiettivo di QUEXO è testare una nuova tecnologia basata sulla scomposizione del campo elettromagnetico in modi trasversi (Spatial mode demultiplexing - SPADE), in combinazione con rivelatori di singolo fotone, per ottenere misure di precisione ben oltre il limite classico di diffrazione. In un ambiente controllato, caratterizzeremo protocolli di misura e test di ipotesi per la rilevazione di esopianeti [Huang, Lupo, Phys. Rev. Lett. 127, 130502 (2021)]. La nostra visione è che questa ricerca fondamentale preparerà il terreno a nuove metodologie sperimentali e darà impulso alla ricerca di esopianeti tramite imaging diretto. Prevediamo futuri progressi nella rilevazione di esopianeti ben oltre lo stato dell'arte: nel regime di conteggio dei fotoni e per pianeti con massa e raggio orbitale inferiori, ad esempio pianeti simili alla Terra e nella zona abitabile.
Finalità
Sviluppare e testare delle metodologie ottiche per misure ad alta precisione, per ottenere sistemi sperimentali di osservazione dello spazio, e il particolare degli esopianeti, con risoluzione al di sotto del limite di diffrazione.
Risultati attesi
Modellizzazione teorica e implementazione sperimentale, prima sul tavolo ottico, e poi con integrazione nel telescopio Cassegrain presso la sede di Matera dell’Agenzia Spaziale Italiana. Dimostrazione della metodologia sperimentale per ottenere misure ad alta precisione al di sotto del limite di diffrazione.
Risultati raggiunti
QUEXO ha portato a termine 4 esperimenti su tavolo ottico, dimostrando misure di precisione di lunghezze, frequenze, e intervalli temporali. In [Santamaria, Sgobba, Lupo, Optica Quantum 2, 46 (2024)] abbiamo dimostrato l’uso di SPADE e rivelatori di singolo fotone per la misura di precisione della distanza tra due sorgenti puntiformi incoerenti, nonché la misura della loro intensità relativa. In [Santamaria, Sgobba, Pallotti, Lupo, Photonics Res. 13, 865 (2025)] abbiamo dimostrato l’uso di SPADE per la spettrometria con risoluzione al di sotto del limite di diffrazione. Il nostro lavoro ha anticipato la prima misura di spettroscopia Doppler ad alta risoluzione di una sorgente stellare [Kim et al., Astrophys. J. Lett. 993, L3 (2025)].
Abbiamo sviluppato modelli teorici per descrivere e interpretare i dati sperimentali, generalizzando il nostro approccio al problema di discriminazione tra sorgenti incoerenti, non necessariamente puntiformi [Triggiani, Lupo, Quantum Sci. Technol. 11, 015028 (2026)], anche con l’ausilio dell’intelligenza artificiale [Buonaiuto, Lupo, Quantum Mach. Intell. 7, 28 (2025)].
QUEXO ha pubblicato 10 articoli su riviste internazionali con peer-review, presentato i propri risultati a 7 conferenze (5 talk e 2 poster), presentato inoltre 5 talk su invito, e organizzato 2 workshop a Bari.