PHERMIAC – Photonic Ising machine for cosmic-ray data analysis
- Codice progetto: 2022597MBS
- Inizio e fine progetto: 28/09/2023 -27/09/2025
- Proroga: 28/02/2026
- Fonte di finanziamento: MUR Avviso 104/2022 – PNRR – Next Generation EU, Missione 4 Componente 2 Investimento 1.1 – “Fondo per il Programma Nazionale di Ricerca e Progetti di Rilevante Interesse Nazionale (PRIN)”
- CUP: F53D23001300006
- Finanziamento CREF: 49.400,00 €
- Costo totale del progetto CREF: 131.640,00 €
Responsabile di unità del CREF
Fabrizio Coccetti
Partenariato PRIN
- Principal Investigator: Claudio Conti (Sapienza Università di Roma)
- Co-PI: Fabrizio Coccetti (CREF)
Team di ricerca e personale reclutato nell’ambito del Progetto
Team Unità CREF
Team Unità Sapienza & Collaboratori
Risultati raggiunti
Il progetto PHERMIAC ha realizzato sperimentalmente con successo due setup ottici avanzati basati su modulatori spaziali di luce (configurazioni a singolo e doppio SLM) per il calcolo fotonico ad alta velocità. Il sistema implementa una macchina Ising fotonica in grado di risolvere complessi problemi di ottimizzazione combinatoria e di ottimizzazione binaria quadratica non vincolata (QUBO) attraverso la propagazione della luce e l’interferenza lineare. L’hardware è stato applicato all’analisi dei dati di fisica delle alte energie, in particolare per l’identificazione delle coincidenze temporali e la ricostruzione delle traiettorie dei muoni cosmici rianalizzando oltre 145 miliardi di tracce ricostruite dal database dell’esperimento Extreme Energy Events (EEE). L’approccio completamente ottico (all-optical) raggiunge una scalabilità superiore a 100.000 spin con tempi di iterazione nell’ordine dei nanosecondi, superando i tradizionali cluster di calcolo elettronici in termini di velocità ed efficienza energetica. I traguardi teorici e sperimentali hanno portato a una domanda di brevetto internazionale congiunta (CREF, Sapienza, CNR) e a diverse pubblicazioni scientifiche su riviste internazionali di alto livello, aprendo la strada ad applicazioni nelle tecnologie quantistiche, nella crittografia, nella navigazione satellitare e nell’imaging medico.
Pubblicazioni scientifiche
• K. Zhang et al., Optical Neural Networks based on Perovskite Solar Cells, Photonics Research 13, 382-386 (2025).
• R.Z. Wand et al., Efficient computation using spatial-photonic Ising machines with low-rank and circulant matrix constraints, Communications Physics 8:86 (2025).
• S. Chiavazzo et al., Ising Machine by Dimensional Collapse of Nonlinear Polarization Oscillators, Phys. Rev. Lett. 135, 063801 (2025).
• Petrini et al., Single-Shot Full-Stokes Analysis of Partially-Polarized Light With a Photonic Deep Random Neural Network, Laser & Photonics Reviews 0:e01467 (2025).
• L. Dieli et al., Observation of Lump Solitons, Phys. Rev. Lett. 136, 053804 (2026).
Eventi organizzati o partecipazione a convegni
• Workshop PHERMIAC (8 Maggio 2024, CREF, Roma): Workshop pubblico incentrato sulla descrizione dello stato di avanzamento generale del progetto.
• “Science Caffe” (11 Giugno 2025, CREF, Roma): Sessione informale guidata dai Responsabili di Unità Claudio Conti e Fabrizio Coccetti a diretto contatto con gli studenti.
• Joint Meeting Interistituzionale (22 Ottobre 2025, CREF, Roma): Incontro strategico che ha coinvolto CNR, IIT, Sapienza e CREF per discutere le validazioni sperimentali.
• Meeting della Collaborazione EEE (19 Febbraio 2026, Online): Presentazione online dei risultati del progetto alla collaborazione Extreme Energy Events, con la partecipazione delle sezioni INFN (Pisa, Bologna, Bari, Lecce, Catania) e delle Università di Bologna e Pisa.
Poster, materiali divulgativi, output
• Domanda di Brevetto depositata: “Photonic system and method for detecting and tagging numerical proximity at high resolution” / “Sistema fotonico e metodo per la marcatura della prossimità numerica ad alta risoluzione”. Inventori: Claudio Conti, Davide Pierangeli, Fabrizio Coccetti, Romolo Savo, Marcello Calvanese Strinati, Silvia Gentilini, Islam Md Deen. Rif. CREF 0005813 (24/11/2025), CNR 2587 (02/12/2025) e Sapienza.
