Frontiers of nonlinear quantum optics: from fundamentals to technology
非线性量子光学前沿:从基础到技术
基本信息
- 批准号:RGPIN-2021-03029
- 负责人:
- 金额:$ 2.4万
- 依托单位:
- 依托单位国家:加拿大
- 项目类别:Discovery Grants Program - Individual
- 财政年份:2021
- 资助国家:加拿大
- 起止时间:2021-01-01 至 2022-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Our research explores a new frontier of nonlinear optics, at the extreme edge of the quantum regime. There, we `build' coherent quantum optical nonlinearities photon-by-photon, designing nonlinear responses that shape quantum photonic states (such as single photons) at ultrafast speeds. This radically new approach to nonlinear optics is made possible by our group's control of both single quantum emitters and nanoscale light fields. In fact, we can now design these to illicit a strong nonlinear response from a single-photon, bringing us to the precipice of higher-order quantum nonlinearities where multiple individual photons simultaneously interact with a quantum object. Over the next five years we will (1) study new few-body quantum phenomena, gaining insight on fundamental nonlinear light-matter interactions at the single-photon level; (2) learn how to exploit these phenomena to manipulate quantum states on sub-nanosecond time scales; (3) design scalable quantum circuits based on these active elements. Our research will help position Canada at the forefront of the worldwide race towards viable quantum technology by providing key photonic elements for photonic quantum networks, simulators and even computers: technologies that are poised to revolutionize the way that we communicate, the way in which we discover new medicines, or how we optimize our economic decision making. The devices engineered at our Quantum Nanophotonics Lab at Queen's University are not improvements over existing architecture, but are rather based on a radically new approach that offers orders-of-magnitude improvement to size, speed and operating energy. In creating these, we develop new photonic systems, expand fundamental theory and understanding of the quantum world and educate the next generation of quantum engineers. These young scientists will be trained in state-of-the-art nanofabrication, experimental and theoretical quantum optics and advanced nanophotonic engineering, a unique blend of skills that will allow them to succeed and drive innovation across the Canadian academic and industrial sectors.
我们的研究探索了量子制度极端边缘的非线性光学元素的新领域。在那里,我们“构建”相干量子光学非线性逐个光子,设计了以超快速度塑造量子光子状态(例如单个光子)的非线性响应。我们小组对单量子发射器和纳米级光场的控制使这种非线性光学的新方法成为可能。实际上,我们现在可以设计这些以非法从单光子那里产生强烈的非线性响应,从而使我们进入了高阶量子非线性的悬崖,其中多个单独的光子同时与量子对象相互作用。在接下来的五年中,我们将(1)研究新的几个体量子现象,从而深入了解单光子水平的基本非线性光 - 物质相互作用; (2)学习如何利用这些现象以在亚纳秒时间尺度上操纵量子状态; (3)基于这些活性元素设计可扩展的量子电路。我们的研究将通过为光子量子网络,模拟器甚至计算机提供关键的光子元素来帮助加拿大在全球竞赛的最前沿迈向可行的量子技术:有望革新我们交流方式,我们发现新药物的方式或我们如何优化经济决策的方式。在皇后大学的量子纳米光子学实验室设计的设备并没有改善现有建筑,而是基于一种彻底的新方法,该方法提供了尺寸,速度,速度和操作能量的质量提高。在创建这些过程中,我们开发了新的光子系统,扩展基本理论和对量子世界的理解,并教育下一代量子工程师。这些年轻的科学家将接受最先进的纳米制作,实验和理论量子光学和高级纳米光学工程的培训,这是一种独特的技能融合,可以使它们成功并推动整个加拿大学术和工业领域的创新。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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