CAREER: A 'holistic' approach toward scalable quantum optical networks in semiconductors
职业:半导体中可扩展量子光网络的“整体”方法
基本信息
- 批准号:1150647
- 负责人:
- 金额:$ 70万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Continuing Grant
- 财政年份:2012
- 资助国家:美国
- 起止时间:2012-08-15 至 2018-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
In this work we investigate a new qubit system ideal for realizing an optically connected quantum network: single acceptor-bound holes (A0) in III-V quantum wells (QW). This system has the potential to combine millisecond long spin coherence times with strong, homogeneous optical transitions in a nanofabrication-ready material. Far-field super-resolution optical techniques will be developed in order to isolate single impurity-bound excitons (A0X), with the goal of reaching optical resolutions on the order of the effective mass Bohr radius. These techniques will be combined with ultrafast optical spin control to study the effect of QW confinement and nearby surfaces on the optical and spin coherence properties of the A0-A0X system. Knowledge gained from these studies will guide research on integrating single impurities into optical nanocavities. The longer term goal of the project is to realize optically-connected few qubit devices in a scalable architecture. A quantum information network based on photons and spins would enable quantum simulation, secure long-distance quantum communication, and quantum computation. In this work we study single impurities in semiconductors as potential quantum bits for such a network. Nanoscale low temperature imaging techniques will be developed to isolate single impurities. Ultrafast optical techniques will be used to study the impurity qubit lifetime. The longer term goal of the project is to realize a few qubit network in which spins are connected through on-chip optical devices. The research program will involve, teach, and train undergraduates, graduate students, and postdoctoral associates in experimental physics, quantum optics, and nanoscience. In addition to training undergraduate students, graduate students and postdocs in quantum optics, physics and nanotechnology, an integral part of the broader impact of this program includes community outreach at a local elementary school. University of Washington physics and electrical engineering students, working closely with a Sansislo elementary school science teacher, are engaging 4th-5th grade students in weekly science activites aimed at understanding light.
在这项工作中,我们研究了一种新的量子位系统,非常适合实现光学连接的量子网络:III-V 量子阱 (QW) 中的单受主束缚空穴 (A0)。该系统有潜力将毫秒长的自旋相干时间与纳米加工就绪材料中强、均匀的光学跃迁结合起来。将开发远场超分辨率光学技术,以分离单个杂质束缚激子(A0X),目标是达到有效质量玻尔半径数量级的光学分辨率。这些技术将与超快光学自旋控制相结合,研究 QW 限制和附近表面对 A0-A0X 系统的光学和自旋相干特性的影响。 从这些研究中获得的知识将指导将单一杂质集成到光学纳米腔中的研究。该项目的长期目标是在可扩展的架构中实现光学连接的少数量子位设备。基于光子和自旋的量子信息网络将实现量子模拟、安全的长距离量子通信和量子计算。在这项工作中,我们研究半导体中的单一杂质作为此类网络的潜在量子位。将开发纳米级低温成像技术来分离单一杂质。 超快光学技术将用于研究杂质量子位寿命。该项目的长期目标是实现一些量子比特网络,其中自旋通过片上光学器件连接。该研究项目将涉及、教授和培训实验物理学、量子光学和纳米科学领域的本科生、研究生和博士后。除了对量子光学、物理学和纳米技术方面的本科生、研究生和博士后进行培训之外,该项目更广泛影响的一个组成部分还包括在当地小学进行社区外展。华盛顿大学物理和电气工程专业的学生与桑西斯洛小学的科学老师密切合作,让四至五年级的学生参加每周一次的科学活动,旨在了解光。
项目成果
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专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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