CAREER: Active Nonlinear Photonics with Applications in Quantum Networks

职业:有源非线性光子学在量子网络中的应用

基本信息

  • 批准号:
    2410198
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 50万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-10-01 至 2027-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The quantum internet promises to transform communication and sensing as we know it today with potential to redefine information security. Quantum networks will be complex and heterogeneous while being very sensitive to loss. There are several outstanding challenges that need to be overcome before a large-scale quantum network can meaningfully connect users, computers, and sensors. The lack of low-loss and scalable quantum optical devices such as quantum optical sources and memories is a major obstacle in building a large-scale quantum network. Another challenge is efficient and multiplexed generation, storage and distribution of quantum information (e.g. entanglement). Moreover, network elements should be compatible in terms of operational modes, e.g. wavelength and bandwidth. This CAREER proposal focuses on studying novel solid-state quantum photonic devices and takes key initial steps towards multiplexed quantum communication. The PI will investigate nonlinear interaction of electromagnetic fields with engineered materials for quantum network applications. Wafer-scale Lithium Niobate On Insulator (LNOI) materials are proposed as novel hosts for optical centers in solids to create integrated platforms and study linear and nonlinear light-matter interactions in the quantum regime. Thulium (Tm) ions incorporated into LNOI crystals will be considered as active media for controlling quantum optical information. Lithium niobate as a host for Tm ions provides an opportunity for on-chip integration and design of multifunctional devices where high-speed frequency tuning and integrated nonlinearity creates a versatile platform for photonic information processing. The integrated photonic platform based on LNOI together with the broadband absorption spectrum of Tm ions can enable multiplexed (or multimode) quantum information processing. To investigate the feasibility of this approach, the PI will study multimode photon generation, coherent and reversible absorption near 800nm wavelength. He will explore how the interaction Hamiltonian can be engineered by controlling external electric/magnetic fields and spatial coherence among atoms to optimize the quantum interface.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.
量子互联网有望改变我们今天所知道的通信和感知,并有可能重新定义信息安全性。量子网络将是复杂且异质的,同时对损失非常敏感。在大规模量子网络可以有意义地连接用户,计算机和传感器之前,需要克服一些重大挑战。缺乏低损坏和可扩展的量子光学设备,例如量子光源和记忆是建立大规模量子网络的主要障碍。另一个挑战是量子信息的有效且多重的生成,存储和分布(例如纠缠)。此外,网络元素应根据操作模式兼容,例如波长和带宽。这项职业建议着重于研究新型的固态量子光子设备,并采取了迈向多重量子通信的关键初始步骤。 PI将研究电磁场与用于量子网络应用的工程材料的非线性相互作用。提议在固体中的晶状体(LNOI)材料上晶状体级硅锂作为固体中光学中心的新型宿主,以创建集成平台,并研究量子状态中的线性和非线性光 - 物质相互作用。掺入LNOI晶体中的Thulium(TM)离​​子将被视为控制量子光学信息的活动培养基。 Niobate作为TM离子的宿主锂为多功能设备的芯片集成和设计提供了机会,高速频率调整和集成的非线性为光子信息处理创建了多功能平台。基于LNOI的集成光子平台以及TM离子的宽带吸收光谱可以实现多路复用(或多模)量子信息处理。为了研究这种方法的可行性,PI将在800nm波长附近研究多模光子的产生,相干和可逆的吸收。他将探索如何通过控制外部电气/磁场和原子之间的空间连贯性来优化量子接口,如何设计互动哈密顿量。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是通过基金会的知识分子优点和更广泛影响的审查标准来通过评估来进行评估。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Characteristics of 1D ordered arrays of optical centers in solid-state photonics
  • DOI:
    10.1088/2515-7647/acccc3
  • 发表时间:
    2023-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Trevor Kling;M. Hosseini
  • 通讯作者:
    Trevor Kling;M. Hosseini
Quantum Optical Memory for Entanglement Distribution
  • DOI:
    10.1364/optica.493732
  • 发表时间:
    2023-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    10.4
  • 作者:
    Yisheng Lei;F. Asadi;Tian Zhong;A. Kuzmich;C. Simon;M. Hosseini
  • 通讯作者:
    Yisheng Lei;F. Asadi;Tian Zhong;A. Kuzmich;C. Simon;M. Hosseini
Quantum Sensing of Thermoreflectivity in Electronics
  • DOI:
    10.1103/physrevapplied.19.044040
  • 发表时间:
    2023-04-13
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Ather,Hamza;An,Haechan;Hosseini,Mahdi
  • 通讯作者:
    Hosseini,Mahdi
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