Quantum nonlinear optics with 2D materials
二维材料的量子非线性光学
基本信息
- 批准号:EP/V00171X/1
- 负责人:
- 金额:$ 43.85万
- 依托单位:
- 依托单位国家:英国
- 项目类别:Research Grant
- 财政年份:2021
- 资助国家:英国
- 起止时间:2021 至 无数据
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
When two beams from light torches cross, they do not clash like sabres from "Star Wars", but simply continue each its own way. This follows from the fact that free photons do not interact. However, when placed in an appropriate medium, photons can effectively feel the presence of each other, making the response of the optical system dependent on the number of photons. In this case, we say it has an optical nonlinearity provided by the medium. Typically the larger the volume, the stronger the nonlinearity, and the goal is to achieve prominent nonlinearity at the smallest possible scale. Together with the "sabre-effect", nonlinearity can ultimately provide the efficient manipulation of quantum states for photons. Thus with high level of nonlinearity single photon states can be prepared and used in quantum information processing. This would result in ultrafast quantum computing and communication platforms, serving as the basis for quantum applications that include secure communication networks, increased computational power and sensing at a level impossible to reach without quantum technologies.When light is confined in an optical cavity (for instance, set by two mirrors), its interaction with the medium is greatly enhanced. If the average number of roundtrips made by photons becomes large, they can hybridize with excitations in the medium, leading to half-light half-matter quasiparticles - polaritons. The hybridization makes confined light and the resulting polaritons able to interact. This ability stays behind the progress in numerous applications of classical nonlinear optics, including optical solitons for fast broadband communication. However, the task of finding an optimal system, where large nonlinearity for polaritons is achieved in the limit of few quanta, remains an open question.In the project, I will discover ways to increase optical nonlinearity at the minuscule scale. This will become possible by studying strong light-matter coupling in two-dimensional (2D) materials, where monolayer thickness can be smaller than a nanometer. Considering combinations of a few layers, I will show that the nonlinear response for polaritons can be elevated to the level where single photon processes become observable. The research will thus enable these easy-to-produce miniature systems for quantum optical processing to function as a platform for affordable quantum technologies.
当两束火把交叉时,它们不会像《星球大战》中的军刀那样发生冲突,而只是继续各自的道路。这是因为自由光子不相互作用。然而,当放置在适当的介质中时,光子可以有效地感受到彼此的存在,使得光学系统的响应取决于光子的数量。在这种情况下,我们说它具有由介质提供的光学非线性。通常体积越大,非线性越强,目标是在尽可能小的尺度上实现显着的非线性。与“剑效应”一起,非线性最终可以提供对光子量子态的有效操纵。因此,可以制备具有高水平非线性的单光子态并将其用于量子信息处理。这将产生超快的量子计算和通信平台,作为量子应用的基础,包括安全通信网络、增强的计算能力以及在没有量子技术的情况下无法达到的传感水平。当光被限制在光学腔中时(例如,由两个镜子设置),其与介质的相互作用大大增强。如果光子往返的平均次数变大,它们可以与介质中的激发杂交,从而产生半光半物质准粒子——极化激元。杂交使得受限光和产生的极化子能够相互作用。这种能力推动了经典非线性光学众多应用的进步,包括用于快速宽带通信的光孤子。然而,找到一个最佳系统的任务,在少数量子的限制下实现极化子的大非线性,仍然是一个悬而未决的问题。在这个项目中,我将发现在微小尺度上增加光学非线性的方法。通过研究二维(2D)材料中的强光-物质耦合,这将成为可能,其中单层厚度可以小于纳米。考虑到几个层的组合,我将证明极化子的非线性响应可以提升到单光子过程可观察到的水平。因此,这项研究将使这些易于生产的用于量子光学处理的微型系统成为负担得起的量子技术的平台。
项目成果
期刊论文数量(10)
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 manipulation of a two-level mechanical system
两级机械系统的量子操纵
- DOI:http://dx.10.22331/q-2023-03-09-943
- 发表时间:2023
- 期刊:
- 影响因子:6.4
- 作者:Chiavazzo S
- 通讯作者:Chiavazzo S
Nonlinear interactions of dipolar excitons and polaritons in MoS2 bilayers
MoS2 双层中偶极激子和极化子的非线性相互作用
- DOI:
- 发表时间:2022
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Louca C.
- 通讯作者:Louca C.
Interspecies exciton interactions lead to enhanced nonlinearity of dipolar excitons and polaritons in MoS2 homobilayers.
种间激子相互作用导致 MoS2 同双层中偶极激子和极化激元的非线性增强。
- DOI:http://dx.10.1038/s41467-023-39358-9
- 发表时间:2023
- 期刊:
- 影响因子:16.6
- 作者:Louca C
- 通讯作者:Louca C
Superexchange and spin-orbit coupling in monolayer and bilayer chromium trihalides
单层和双层三卤化铬中的超交换和自旋轨道耦合
- DOI:10.1103/physrevb.106.245111
- 发表时间:2022-07-01
- 期刊:
- 影响因子:3.7
- 作者:K. Song;V. Fal’ko
- 通讯作者:V. Fal’ko
Quantum manipulation of a two-level mechanical system
两级机械系统的量子操纵
- DOI:10.22331/q-2023-03-09-943
- 发表时间:2021-01-05
- 期刊:
- 影响因子:6.4
- 作者:Salvatore Chiavazzo;A. Sørensen;O. Kyriienko;Luca Dellantonio
- 通讯作者:Luca Dellantonio
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