Quantum nonlinear optics with 2D materials

二维材料的量子非线性光学

基本信息

  • 批准号:
    EP/V00171X/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 43.85万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2021 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

When two beams from light torches cross, they do not clash like sabres from "Star Wars", but simply continue each its own way. This follows from the fact that free photons do not interact. However, when placed in an appropriate medium, photons can effectively feel the presence of each other, making the response of the optical system dependent on the number of photons. In this case, we say it has an optical nonlinearity provided by the medium. Typically the larger the volume, the stronger the nonlinearity, and the goal is to achieve prominent nonlinearity at the smallest possible scale. Together with the "sabre-effect", nonlinearity can ultimately provide the efficient manipulation of quantum states for photons. Thus with high level of nonlinearity single photon states can be prepared and used in quantum information processing. This would result in ultrafast quantum computing and communication platforms, serving as the basis for quantum applications that include secure communication networks, increased computational power and sensing at a level impossible to reach without quantum technologies.When light is confined in an optical cavity (for instance, set by two mirrors), its interaction with the medium is greatly enhanced. If the average number of roundtrips made by photons becomes large, they can hybridize with excitations in the medium, leading to half-light half-matter quasiparticles - polaritons. The hybridization makes confined light and the resulting polaritons able to interact. This ability stays behind the progress in numerous applications of classical nonlinear optics, including optical solitons for fast broadband communication. However, the task of finding an optimal system, where large nonlinearity for polaritons is achieved in the limit of few quanta, remains an open question.In the project, I will discover ways to increase optical nonlinearity at the minuscule scale. This will become possible by studying strong light-matter coupling in two-dimensional (2D) materials, where monolayer thickness can be smaller than a nanometer. Considering combinations of a few layers, I will show that the nonlinear response for polaritons can be elevated to the level where single photon processes become observable. The research will thus enable these easy-to-produce miniature systems for quantum optical processing to function as a platform for affordable quantum technologies.
当光线横梁的两个横梁交叉时,它们不会像“星球大战”中的军刀那样冲突,而只是继续自己的方式。这是因为自由光子不相互作用的事实。但是,当放置在适当的培养基中时,光子可以有效地感觉到彼此的存在,从而使光学系统的响应取决于光子数量。在这种情况下,我们说它具有介质提供的光学非线性。通常,音量越大,非线性越强,目标是在最小的规模上实现明显的非线性。非线性与“ Sabre-empect”一起,最终可以提供对光子量子状态的有效操纵。因此,使用高水平的非线性单光子状态可以准备并用于量子信息处理。这将导致超快的量子计算和通信平台,作为量子应用的基础,包括安全通信网络,增加计算能力和在没有量子技术的情况下无法达到的水平。当光限制在光腔中时(例如,由两个镜子设置),其与介质的相互作用会大大增强。如果光子制造的往返数量很大,它们可以与培养基中的激发杂交,从而导致半灯半叶 - 偏移层 - 极性。杂交使光线和产生的极化子能够相互作用。这种能力保留在经典非线性光学元件的众多应用中的进度背后,包括用于快速宽带通信的光学孤子。但是,找到一个最佳系统的任务是在很少的量子上实现了极性的非线性,这仍然是一个悬而未决的问题。在项目中,我将发现在微小尺度上增加光学非线性的方法。通过研究二维(2D)材料中的强光膜耦合,这将是可能的,其中单层厚度可能小于纳米分子。考虑到几层的组合,我将证明极性子的非线性响应可以升高到可观察到的单个光子过程的水平。因此,该研究将使这些易于生产的微型系统用于量子光学处理,以作为负担得起的量子技术的平台。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Nonlinear Response of Trion-Polaritons in Two-Dimensional Materials
二维材料中 Trion 极化子的非线性响应
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Kok Wee Song
  • 通讯作者:
    Kok Wee Song
Nonlinear interactions of dipolar excitons and polaritons in MoS2 bilayers
MoS2 双层中偶极激子和极化子的非线性相互作用
Nonlinear Rydberg exciton-polaritons in Cu2O microcavities
Cu2O 微腔中的非线性里德伯激子极化子
  • DOI:
    10.1038/s41377-024-01382-9
  • 发表时间:
    2024
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Makhonin M
  • 通讯作者:
    Makhonin M
Superexchange and spin-orbit coupling in monolayer and bilayer chromium trihalides
  • DOI:
    10.1103/physrevb.106.245111
  • 发表时间:
    2022-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    K. Song;V. Fal’ko
  • 通讯作者:
    K. Song;V. Fal’ko
Quantum manipulation of a two-level mechanical system
  • DOI:
    10.22331/q-2023-03-09-943
  • 发表时间:
    2021-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Salvatore Chiavazzo;A. Sørensen;O. Kyriienko;Luca Dellantonio
  • 通讯作者:
    Salvatore Chiavazzo;A. Sørensen;O. Kyriienko;Luca Dellantonio
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Oleksandr Kyriienko其他文献

Beyond the Buzz: Strategic Paths for Enabling Useful NISQ Applications
超越喧嚣:启用有用的 NISQ 应用程序的战略路径
  • DOI:
  • 发表时间:
    2024
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    P. R. Hegde;Oleksandr Kyriienko;H. Heimonen;Panagiotis Tolias;Gilbert Netzer;Panagiotis Barkoutsos;Ricardo Vinuesa;Ivy Peng;Stefano Markidis
  • 通讯作者:
    Stefano Markidis
Geometric quantum machine learning of BQPA protocols and latent graph classifiers
BQPA 协议和潜在图分类器的几何量子机器学习
  • DOI:
    10.48550/arxiv.2402.03871
  • 发表时间:
    2024
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Chukwudubem Umeano;V. Elfving;Oleksandr Kyriienko
  • 通讯作者:
    Oleksandr Kyriienko
Multidimensional Quantum Generative Modeling by Quantum Hartley Transform
通过量子 Hartley 变换进行多维量子生成建模
  • DOI:
  • 发表时间:
    2024
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Hsin;V. Elfving;Oleksandr Kyriienko
  • 通讯作者:
    Oleksandr Kyriienko
Quantum inverse iteration algorithm for near-term quantum devices
  • DOI:
  • 发表时间:
    2019-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Oleksandr Kyriienko
  • 通讯作者:
    Oleksandr Kyriienko
Quantum topological data analysis via the estimation of the density of states
通过状态密度估计进行量子拓扑数据分析
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Stefano Scali;Chukwudubem Umeano;Oleksandr Kyriienko
  • 通讯作者:
    Oleksandr Kyriienko

Oleksandr Kyriienko的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Oleksandr Kyriienko', 18)}}的其他基金

Quantum digital twins based on hardware-tailored tensor networks for computing quantum dynamics
基于硬件定制张量网络的量子数字孪生,用于计算量子动力学
  • 批准号:
    EP/Y005007/1
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 43.85万
  • 项目类别:
    Research Grant
2D polaritons for optoelectronic devices and networks
用于光电器件和网络的二维极化子
  • 批准号:
    EP/X017222/1
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 43.85万
  • 项目类别:
    Research Grant

相似国自然基金

原子-微纳波导系统中的非厄米非线性与量子光学效应研究
  • 批准号:
    12374303
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    52 万元
  • 项目类别:
    面上项目
贵金属硫族化合物量子点近红外非线性光学特性及应用研究
  • 批准号:
    12304363
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于非线性+线性光学的贝尔态测量技术的纠缠交换量子网络实验研究
  • 批准号:
    62375164
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
PdX2(X=S,Se,Te)/钙钛矿量子点异质结的非线性光学调控机理研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    52 万元
  • 项目类别:
    面上项目
石墨烯在太赫兹频段的新奇量子非线性光学效应及调控
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    55 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Nonlinear quantum optics using Rydberg excitons
使用里德堡激子的非线性量子光学
  • 批准号:
    2887904
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 43.85万
  • 项目类别:
    Studentship
Nonlinear quantum optics in integrated structures
集成结构中的非线性量子光学
  • 批准号:
    572628-2022
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 43.85万
  • 项目类别:
    University Undergraduate Student Research Awards
Quantum measurements, quantum nonlinear optics, & quantum foundations using entangled photons and ultracold & Rydberg atoms
量子测量、量子非线性光学、
  • 批准号:
    RGPIN-2020-05767
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 43.85万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Quantum Nonlinear Optics with Cold Atoms in Optical Lattices
光学晶格中冷原子的量子非线性光学
  • 批准号:
    546105-2020
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 43.85万
  • 项目类别:
    Postdoctoral Fellowships
Frontiers of nonlinear quantum optics: from fundamentals to technology
非线性量子光学前沿:从基础到技术
  • 批准号:
    RGPIN-2021-03029
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 43.85万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了