FuSe-TG: Co-Design of Chiral Quantum Photonic Devices and Circuits Integrated with 2D Material Heterostructures

FuSe-TG:手性量子光子器件和与二维材料异质结构集成的电路的协同设计

基本信息

  • 批准号:
    2235276
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 39.95万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-08-01 至 2025-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Non-technical description:To deploy photons for real-world quantum technologies, it is essential to develop integrated photonic circuits consisting of various quantum photonic devices based on modern semiconductor materials with desired light emission, modulation, and detection properties. In this teaming project, a multidisciplinary team of researchers with combined expertise in materials, devices, and circuits explores a holistic, co-design approach toward this goal. The team investigates the quantum defects in two-dimensional materials for the emission of circularly polarized single photons. Further, the team explores strategies of synthesizing and simulating quantum photonic circuits while considering physical device limitations. The team conducts preliminary co-design research, initiates multidisciplinary curriculum development, and organizes three workshops by inviting researchers from academia and industry, particularly those from underrepresented groups, and students and educators, including those from local community colleges. Hence, the team can build capacity and develop communities and partnerships for future large research projects and semiconductor workforce development activities. Technical description:This teaming project consists of two co-design research explorations. The first co-design research explores the development of efficient chiral quantum light-matter interactions by co-optimizing defect single photon emission from two-dimensional material based heterostructures and manufacturable integrated photonic components. The second co-design research explores the development of resource-efficient integrated quantum photonic circuit synthesis that considers physical photonic devices limitations. A workshop on quantum materials is held at the University at Buffalo and two workshops on photonic devices and circuits are held at the University of Utah. Through the broad participation of researchers, educators, and students, these workshops facilitate the development of research plans and broad collaborations for future large research and education projects.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.
非技术描述:为了将光子部署到现实世界的量子技术中,必须开发由基于现代半导体材料的各种量子光子器件组成的集成光子电路,并具有所需的光发射、调制和检测特性。在这个团队项目中,一个由具有材料、器件和电路专业知识的多学科研究人员组成的团队探索了一种实现这一目标的整体协同设计方法。该团队研究了二维材料中用于发射圆偏振单光子的量子缺陷。此外,该团队在考虑物理设备限制的同时探索了合成和模拟量子光子电路的策略。该团队进行初步的共同设计研究,启动多学科课程开发,并邀请学术界和工业界的研究人员(特别是来自代表性不足群体的研究人员)以及学生和教育工作者(包括来自当地社区学院的学生和教育工作者)组织三个研讨会。因此,该团队可以为未来的大型研究项目和半导体劳动力发展活动建立能力并发展社区和合作伙伴关系。技术描述:该团队项目由两项共同设计研究探索组成。第一项协同设计研究通过共同优化基于异质结构和可制造集成光子组件的二维材料的缺陷单光子发射,探索了高效手性量子光-物质相互作用的发展。第二项协同设计研究探索了考虑物理光子器件局限性的资源高效型集成量子光子电路合成的开发。布法罗大学举办了一个量子材料研讨会,犹他大学举办了两个有关光子器件和电路的研讨会。通过研究人员、教育工作者和学生的广泛参与,这些研讨会促进了研究计划的制定以及未来大型研究和教育项目的广泛合作。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力评估进行评估,被认为值得支持。优点和更广泛的影响审查标准。

项目成果

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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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