Chipbaserad kvantteknik för optiska klockor
- Diarienummer
- FID22-0025
- Projektledare
- Zelan, Martin
- Start- och slutdatum
- 231001-280930
- Beviljat belopp
- 2 500 000 kr
- Förvaltande organisation
- RISE Research Institutes of Sweden AB, Borås
- Forskningsområde
- Informations-, kommunikations- och systemteknik
Summary
Optiska kvantklockor har revolutionerat tidmätning och kommer vara grunden för en ny definition av sekunden. Att använda optiska övergångar hos atomerna innebar dock stora utmaningar då det inte finns några lämpliga optiska detektorer. Den optiska frekvenskammen, Nobelpriset 2005, löste dock problemet. Dock är fotonik-baserade frekvenskammar fortfarande i sin linda. Därför finns det fortfarande ett betydande gap mellan optiska klockor och mikrovågsklockor när det kommer till praktisk användning utanför laboratoriemiljö. Detta projekt kommer att undersöka frekvenskammar i chipskala. Projekt kommer att innebära ett betydande steg framåt för nya portabla optiska klockor. Den bakomliggande tekniken är också av stort intresse för industrin på grund av dess potentialen för distribution i datacenter, lidar för autonom körning, spektroskopi etc. Vi har strukturerat en omfattande arbetsplan för en doktorand vilket bland annat omfattar utvecklingen av den grundläggande plattformen, teoretisk modellering och systemdemonstration. De huvudsakliga resultaten kommer vara utbildning av en doktorand samt resultat som kommer att publiceras i välrenommerade tidskrifter. Studenten kommer att vara inkluderade i ett brett internationellt nätverk, skaffa sig expertis inom ultrasnabb optik och utveckla relevanta färdigheter som kommer kvalificera doktoranden för en position i antingen industri eller akademi.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.