Telekombandsintegrerade kvantkällor

Diarienummer: STP25-0091
Projektledare: Zwiller, Val
Start- och slutdatum: 260801-310731
Beviljat belopp: 0 kr
Förvaltande organisation: RISE Research Institutes of Sweden, Stockholm
Forskningsområde: Materialvetenskap och materialteknologier

Summary

Huvudmålet är att realisera en fullt kvantljuskälla vid telekomvåglängder med ett starkt forskningssamarbete mellan Sverige och Taiwan inom halvledare och kvantfotonik. Enheten vi kommer att utveckla och demonstrera i detta projekt kommer att vara den första kvantkällan som möjliggör generering av enskilda fotoner vid telekomvåglängder i kombination med elektrisk laddningskontroll och töjningsjustering för att ställa in emissionsenergin. Dessutom kommer effektiv koppling av vår anordning till en single-mode-fiber att göra dess integration i kvantnätverk enkel. Vår nya anordning kommer därför att ha oöverträffade funktioner och möjliggöra viktiga tillämpningar inom kvantkommunikation. Projektet är organiserat i arbetspaket som börjar med designen av anordningarna, arbetspaket 2 täcker utvecklingen av kvantprickanordningar, arbetspaket 3 syftar med tillverkning av mikrokavitetsanordningar med utvalda kvantprickar, i arbetspaket 4 studerar och karakteriserar vi anordningarna för att demonstrera generering av enskilda fotoner tillsammans med laddnings- och justeringsfunktioner, och sedan fortsätter vi med olika viktiga demonstrationer med våra anordningar. Det förväntade resultatet är en ny generation av kvantanordningar som har alla nödvändiga funktioner för en idealisk enfotonkälla. Vi kommer att påverka både den akademiska världen med en kvantkälla med exempellösa egenskaper och industrin med en anordning som kan massproduceras och kommer att ha breda tillämpningar.

Populärvetenskaplig beskrivning

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.