Telecom-band integrated quantum sources
- Reference number
- STP25-0091
- Project leader
- Zwiller, Val
- Start and end dates
- 260801-310731
- Amount granted
- 5 000 000 SEK
- Administrative organization
- RISE Research Institutes of Sweden, Stockholm
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
Our main objective is to realize a fully functional quantum light source at telecom wavelength combining complementary expertise in semiconductors and quantum photonics. We will realize and demonstrate a quantum dot based single photon source that uniquely integrates telecom-band emission with deterministic electrical charge control, optical fiber coupling and in situ strain tuning for precise single-photon emission. To our knowledge, this will be the first device platform to combine all these functionalities in a single quantum light source. The project is organized into well defined work packages. Device and cavity designs are addressed first, followed by growth of high-quality telecom-wavelength quantum dot heterostructures. Subsequent work focuses on nanofabrication of microcavity devices with selected quantum dots and on comprehensive characterization of the optical performances. These efforts culminate in key demonstrations of triggered single-photon emission, charge control, wavelength tunability, and efficient coupling to single-mode optical fibers. The expected result is a new generation of quantum devices packing all the required functionalities of an ideal single photon source. The project will have strong scientific impact through an unprecedented quantum device platform that will generate high-impact scientific publications and industrial relevance through scalable fabrication and applicability to future quantum systems.
Popular science description
I Tebiqs utvecklar vi en kvantljuskälla. En källa till enskilda fotoner som möjliggör kvantkommunikation och beräkningstillämpningar. Enheten kommer att tillverkas med halvledarnanopartiklar, kvantprickar, som är konstruerade för att emittera vid telekomvåglängder, runt 1550 nm, optimerade för långdistanskommunikation i optiska fibrer och för integrerad fotonik. Våra enheter kommer att anslutas till optiska fibrer, ha elektriska kontakter för att styra deras laddningstillstånd och kopplas samman med piezokristaller för att möjliggöra exakt justering av emissionsvåglängden. Dessa enheter kommer att vara de första on-demand-enkelfotonkällorna som erbjuder alla nödvändiga funktioner för kvantkommunikation och beräkningstillämpningar. För att förverkliga denna ambitiösa kvantenhet sammanför vi ledande forskargrupper med enastående erfarenhet från Sverige och Taiwan. Den svenska gruppen har erfarenhet av generering och detektion av enskilda fotoner och driver ett kvantnätverk tillsammans med andra nya tillämpningar som använder enkelfotonkällor och detektorer som lidar och mikroskopi för livsvetenskaper. Grupperna i Taiwan bidrar med sin expertis inom tillverkning och bearbetning av halvledarkomponenter. En toppmodern tillverkningsprocess för kvantprickar kommer att användas i Taiwan och nya nanofabrikationsprocesser kommer att utvecklas för att realisera enheterna. Enheterna kommer att utformas för att generera högsta möjliga flöde av enskilda fotoner i en optisk fiber; detta är en stor utmaning eftersom elektriska kontakter, optiska mikrokaviteter och piezokristaller aldrig har kombinerats med effektiv optisk fiberkoppling. På lång sikt kommer vår kvantkomponent som realiseras i detta projekt att möjliggöra nya tillämpningar inom kvantkommunikation och databehandling med betydande samhällelig inverkan. Vi ser för oss industriell utveckling av våra enheter för att göra dem allmänt tillgängliga. Industrialiseringen kommer att underlättas av de sökandes nära kopplingar till industriella partners. Viktiga samarbeten mellan akademi och industri i Taiwan med stora företag kommer att hjälpa oss att förstå de stora företagens behov, medan startups i Sverige kommer att konsulteras för att utvärdera potentialen hos våra enheter.