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的通信和传感,并有可能重新定义信息安全。量子网络将是复杂且异构的,同时对损失非常敏感。在大规模量子网络能够有效地连接用户、计算机和传感器之前,需要克服几个突出的挑战。缺乏量子光源和存储器等低损耗、可扩展的量子光学器件是构建大规模量子网络的主要障碍。另一个挑战是量子信息的高效和多路复用生成、存储和分发(例如纠缠)。此外,网络元素应该在操作模式方面兼容,例如波长和带宽。该职业提案的重点是研究新型固态量子光子器件,并为实现多路复用量子通信迈出了关键的初步步骤。 PI 将研究电磁场与量子网络应用工程材料的非线性相互作用。晶圆级绝缘体上铌酸锂(LNOI)材料被提议作为固体光学中心的新型主体,以创建集成平台并研究量子体系中的线性和非线性光与物质相互作用。掺入 LNOI 晶体中的铥 (Tm) 离子将被视为控制量子光学信息的活性介质。铌酸锂作为 Tm 离子的主体,为多功能器件的片上集成和设计提供了机会,其中高速频率调谐和集成非线性为光子信息处理创建了一个多功能平台。基于LNOI的集成光子平台与Tm离子的宽带吸收光谱一起可以实现多路(或多模)量子信息处理。为了研究这种方法的可行性,PI 将研究 800nm 波长附近的多模光子生成、相干和可逆吸收。他将探索如何通过控制外部电场/磁场和原子间的空间相干性来设计相互作用哈密顿量,以优化量子界面。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的评估进行评估,认为值得支持。影响审查标准。

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)
Quantum optical memory for entanglement distribution
用于纠缠分布的量子光存储器
  • DOI:
    10.1364/optica.493732
  • 发表时间:
    2023-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    10.4
  • 作者:
    Lei, Yisheng;Kimiaee Asadi, Faezeh;Zhong, Tian;Kuzmich, Ale;Simon, Christoph;Hosseini, Mahdi
  • 通讯作者:
    Hosseini, Mahdi
Quantum Sensing of Thermoreflectivity in Electronics
电子学中热反射率的量子传感
  • DOI:
    10.1103/physrevapplied.19.044040
  • 发表时间:
    2023-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Ather, Hamza;An, Haechan;Owens, Hal;Alajlouni, Sami;Shakouri, Ali;Hosseini, Mahdi
  • 通讯作者:
    Hosseini, Mahdi
Characteristics of 1D ordered arrays of optical centers in solid-state photonics
固态光子学中光中心一维有序阵列的特性
  • DOI:
    10.1088/2515-7647/acccc3
  • 发表时间:
    2023-04-13
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Trevor Kling;M. Hosseini
  • 通讯作者:
    M. Hosseini
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    2023-11-12
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  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Haechan An;H. Ather;Ali Shakouri;Mahdi Hosseini
  • 通讯作者:
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    G. Campbell;Mahdi Hosseini;Benjamin Sparkes;Ping Koy Lam;B. Buchler
  • 通讯作者:
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  • 通讯作者:
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  • 影响因子:
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    D. Higginbottom;Jiao Geng;G. Campbell;Mahdi Hosseini;Ming Tao Cao;B. Sparkes;Julian Bernu;Nick P. Robins;Ping Koy Lam;B. Buchler
  • 通讯作者:
    B. Buchler

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