Chip-scale quantum clock technology
- Reference number
- FID22-0025
- Project leader
- Zelan, Martin
- Start and end dates
- 231001-280930
- Amount granted
- 2 500 000 SEK
- Administrative organization
- RISE Research Institutes of Sweden AB, Borås
- Research area
- Information, Communication and Systems Technology
Summary
Quantum optical clocks has revolutionized timekeeping and are scheduled to be the basis of the new second. However, using optical transitions introduces formidable challenges, as there are no detectors that are sensitive to the electric field of light. The advent of the optical frequency comb, recognized by the Nobel Prize in 2005, provided the missing piece to count the optical frequencies. Yet, chip-scale photonics is still at its infancy. Hence, there is still a significant gap between optical and microwave clocks when it comes to practical deployment outside laboratory environments. This project will investigate chip-scale frequency combs for the development of quantum optical clocks. This project will provide a significant leap forward towards the deployment of novel portable clocks that capitalize on the unique features of quantum mechanics. The technology is also getting strong attention from industry due to the potential for deployment in datacenters, lidar for autonomous driving, spectroscopy and more. We have structured a comprehensive work plan for a PhD student that cover the development of the basic platform, theoretical modelling, and system demonstration. The main outcomes will be an awarded PhD and results that will be published in reputed journals. The student will be embedded in a broad international network, acquire expertise in ultrafast optics and develop a set of relevant skills that will qualify for a position in either industry or academia.
Popular science description
Optiska kvantklockor är en ny typ av atomklocka som baserar sina mätningar av frekvens på optiska energiövergångar hos atomer. Utvecklingen inom området går mycket snabbt, och dessa klockor förväntas ligga till grund för en framtida omdefinition av sekunden. Klockorna är dock i sin nuvarande form extremt komplexa, dyra, och svåra att använda sig utanför kontrollerade labbmiljöer. En av de viktigaste delarna i dessa klockor består av att på ett effektivt och precist sätt kunna mäta den optiska frekvensen, något som är länge var ett olöst problem. Lösningen på detta består av en så kallad optisk frekvenskam, vilket förenklat kan beskrivas som en avancerad laser som i motsats till konventionella lasrar innehåller många olika färger, eller rättare sagt frekvenser. Som ett bevis för potentialen i tekniken belönades arbetet med frekvenskammar med 2005 års Nobelpris i fysik. Dock är tekniken för miniatyriserade fotonik-baserade frekvenskammar fortfarande i sin linda. Därför finns det också fortfarande ett betydande gap mellan optiska klockor och mikrovågsklockor när det kommer till praktisk användning utanför laboratoriemiljö. Med en gemensam institutsdoktorand kommer vi att utnyttja de kompletterande kompetenserna som finns på RISE och Chalmers och bygga vidare på ett framgångsrikt samarbete för att utveckla en fotonik-plattform för optiska frekvenskammar. Arbetet kommer bidra till utvecklingen inom både optiska klockor och optiska frekvenskammar i allmänhet. Förutom direkt tillämpningar för tidhållning och optiska klockor, är tekniken också relevant för flera andra tillämpningar så som distribution i datacenter, lidar för autonom körning, spektroskopi, med mera. Utöver de direkta tekniska målen, är huvudmålet att projektet ska utbilda en modern och konkurrenskraftig forskare inom ett teknikområde med stora framtidsmöjligheter inom både akademi och industri. Projektet kommer också bidra till att ytterligare stärka den strategiska samverkan mellan RISE och Chalmers samt starkt bidra till att stödja uppbyggnaden av forskning inom området optisk mätteknik och frekvenskammar i Sverige.