Collective Interaction of Photons with Rare Earth Ions on a Photonic Chip

光子芯片上光子与稀土离子的集体相互作用

基本信息

  • 批准号:
    2101928
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 36.95万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-09-01 至 2024-02-29
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Title: Study of coherent interaction of light with arrays of rare-earth ions in crystalline micro photonic structures Light particles or photons are ideal carriers of information that have transformed the way we communicate. The advent of quantum information has given these trusted messengers more light to shine. By encoding peculiar quantum properties such as superposition and entanglement on light, the security of communication can be fundamentally guaranteed. Such quantum optical information is however very fragile and its control and routing possess challenges for the community implementing quantum communication technologies. Mapping optical information to and from atoms is one way to control and synchronize delicate quantum information. The choice of atoms, techniques for engineering atoms’ environment, and suitable mapping protocols are all important aspects of research pursued to develop effective systems for controlling quantum optical information. This project aims to explore new materials and protocols to develop an efficient quantum interface for optical information storage and control.To control quantum optical information, light needs to efficiently and coherently interact with atoms. As the light wavelength is much larger than the size of a typical atom, the interaction between the two is intrinsically weak in free space. Apart from the interaction strength, scalability and miniaturization of devices are important engineering aspects of quantum optical devices. Rare-earth ions such as Erbium ions in solid-state crystals provide a unique interface for optical information at the telecom wavelength. This project is studying the role of atomic geometry and environment engineering of Erbium ions in solids to develop atomic memories to store and synchronize optical information. By designing periodic ion arrays and micro-and nano-photonic devices on rare-earth crystals, the project aims to explore new regimes of collective light-atom interactions for the generation and storage of quantum optical information.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
标题:研究光与晶体微光子结构中稀土离子阵列的相干相互作用光粒子或光子是理想的信息载体,改变了我们的通信方式量子信息的出现为这些值得信赖的信使提供了更多的光。然而,通过对光的叠加和纠缠等特殊量子特性进行编码,可以从根本上保证通信的安全性,但这种量子光信息非常脆弱,其控制和路由对实现量子通信技术的社区提出了挑战。到原子和从原子是控制和同步微妙量子信息的一种方法,原子环境的工程技术以及合适的映射协议都是开发控制量子光学信息的有效系统的重要方面。和协议来开发用于光信息存储和控制的高效量子接口。为了控制量子光信息,光需要与原子有效且相干地相互作用,由于光波长远大于典型原子的尺寸,因此原子之间的相互作用。除了相互作用之外,两个本质上都是弱的。器件的强度、可扩展性和小型化是量子光学器件的重要工程方面,固态晶体中的铒离子等稀土离子为电信波长的光学信息提供了独特的接口。该项目旨在通过设计周期性离子阵列以及稀土晶体上的微米和纳米光子器件来开发存储和同步光学信息的原子存储器。探索集体光原子相互作用的新机制,以生成和存储量子光学信息。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Long-range cooperative resonances in rare-earth ion arrays inside photonic resonators
光子谐振器内稀土离子阵列的长程协同谐振
  • DOI:
    10.1038/s42005-022-00871-w
  • 发表时间:
    2022-04-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Dongmin Pak;A. N;i;i;Michael Titze;E. Bielejec;H. Alaeian;M. Hosseini
  • 通讯作者:
    M. Hosseini
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  • 通讯作者:
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  • 影响因子:
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  • 通讯作者:
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