Merging "nano", rare-earths, and nonlinear crystals: key technology for large-scale quantum networks

融合“纳米”、稀土和非线性晶体:大规模量子网络的关键技术

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2015-05477
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 5.17万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2016-01-01 至 2017-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The economic, political, and social well-being of Canada depends crucially on secure electronic communications, e.g. for e-banking, e-health, e-commerce, and e-government. Yet, current public key crypto systems rely on unproven assumptions about computational complexity, are susceptible to algorithmic advances and better classical computer technology, and will become obsolete with the advent of the quantum computer. Hence, the secrecy of messages encoded and sent in the past or present, even if still ensured today, is vulnerable to future improvements in code breaking, which may lead to decoding of recorded messages with insufficient protection before they lose importance. Quantum key distribution (QKD), which employs individual photons prepared in specific quantum states as carriers of information, promises the ultimate solution to these problems: security that cannot be compromised by new technology. Yet, as photons get lost during transmission, and amplifiers cannot be used due to a fundamental restriction of quantum mechanics known as the no-cloning theorem, QKD currently faces a distance limit of around 200 km. Interestingly, this limit can be removed through not-yet-existing quantum repeaters. Initiating the combination of three immensely successful areas – photon pair generation using non-linear crystals, optical quantum memory in rare-earth-ion-doped crystals, and nano-technology –, the goal of this Discovery Grant is to create key technology for, and remove the impediment to building, such a quantum repeater. More precisely, we will combine a novel way of generating spectrally multiplexed entangled photon pairs, a not-yet-demonstrated non-destructive measurement of the number of photons in a weak signal, and fundamentally improved quantum memory for photons using nano-structured rare-earth-ion-doped crystals. This will allow us to create, in a heralded and spectrally multiplexed fashion, individual photons that are one by one entangled with single collective excitations in the crystal. This ambitious and so-far unaccomplished goal squarely aligns with our long-term aim of provable secure communication across the North American continent. In addition to creating highly qualified personnel at various career levels and advancing the fields of quantum optics, quantum communication and nano-technology, the research project will thus ensure that Canada, after a lot of investment into QKD during the past decade, remains competitive in this important area.
加拿大的经济、政治和社会福祉在很大程度上依赖于安全的电子通信,例如电子银行、电子健康、电子商务和电子政务。然而,目前的公钥密码系统依赖于关于计算复杂性的未经证实的假设,容易受到算法进步和更好的经典计算机技术的影响,并将随着量子计算机的出现而过时。因此,过去或现在编码和发送的信息的保密性,即使今天仍然得到保证,也很容易受到密码破译方面的未来改进的影响,这可能导致在记录的信息失去重要性之前对其进行充分保护的解码。量子密钥分发(QKD)使用在特定量子态中准备的单个光子作为信息载体,有望为这些问题提供最终解决方案:新技术无法破坏的安全性。然而,由于光子在传输过程中丢失,以及由于被称为不可克隆定理的量子力学的基本限制而无法使用放大器,量子密钥分发目前面临着大约200公里的距离限制。有趣的是,这一限制可以通过尚不存在的量子中继器来消除。 该发现基金启动了三个非常成功的领域-使用非线性晶体产生光子对,稀土离子掺杂晶体中的光学量子存储,以及纳米技术-的组合,其目标是为这样的量子中继器创造关键技术,并消除建造的障碍。更准确地说,我们将结合一种产生光谱多路复用纠缠光子对的新方法,一种尚未证明的对微弱信号中光子数量的无损测量,以及使用纳米结构稀土离子掺杂晶体从根本上改善光子的量子记忆。这将允许我们以一种预知的和光谱多路复用的方式创建单个光子,这些光子一个接一个地与晶体中的单个集体激发相纠缠。这一雄心勃勃但迄今尚未实现的目标与我们在整个北美大陆进行可证明的安全通信的长期目标完全一致。除了在各个职业层面培养高素质的人才并推动量子光学、量子通信和纳米技术领域的发展外,该研究项目还将确保加拿大在过去十年对量子密钥开发进行了大量投资后,在这一重要领域保持竞争力。

项目成果

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Tittel, Wolfgang其他文献

Long-Lived Solid-State Optical Memory for High-Rate Quantum Repeaters
  • DOI:
    10.1103/physrevlett.127.220502
  • 发表时间:
    2021-11-22
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    Askarani, Mohsen Falamarzi;Das, Antariksha;Tittel, Wolfgang
  • 通讯作者:
    Tittel, Wolfgang
Modification of relaxation dynamics in Tb3+:Y3Al5O12 nanopowders
Tb3 :Y3Al5O12 纳米粉末弛豫动力学的改性
  • DOI:
    10.1103/physrevb.98.054308
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Lutz, Thomas;Veissier, Lucile;Woodburn, Philip J.;Cone, Rufus L.;Barclay, Paul E.;Tittel, Wolfgang;Thiel, Charles W.
  • 通讯作者:
    Thiel, Charles W.
Testing nonlocality over 12.4 km of underground fiber with universal time-bin qubit analyzers
  • DOI:
    10.1103/physreva.81.052106
  • 发表时间:
    2010-05-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Bussieres, Felix;Slater, Joshua A.;Tittel, Wolfgang
  • 通讯作者:
    Tittel, Wolfgang
Rate-loss analysis of an efficient quantum repeater architecture
  • DOI:
    10.1103/physreva.92.022357
  • 发表时间:
    2015-08-31
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Guha, Saikat;Krovi, Hari;Tittel, Wolfgang
  • 通讯作者:
    Tittel, Wolfgang
Storage and Reemission of Heralded Telecommunication-Wavelength Photons Using a Crystal Waveguide
  • DOI:
    10.1103/physrevapplied.11.054056
  • 发表时间:
    2019-05-21
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Askarani, Mohsen Falamarzi;Puigibert, Marcelli Grimau;Tittel, Wolfgang
  • 通讯作者:
    Tittel, Wolfgang

Tittel, Wolfgang的其他文献

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Quantum-secured communications for Canada (QSC2)
加拿大量子安全通信 (QSC2)
  • 批准号:
    506474-2017
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 5.17万
  • 项目类别:
    Strategic Projects - Group
Merging "nano", rare-earths, and nonlinear crystals: key technology for large-scale quantum networks
融合“纳米”、稀土和非线性晶体:大规模量子网络的关键技术
  • 批准号:
    RGPIN-2015-05477
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 5.17万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Time-to-digital converter for time-resolved multi-photon coincidence measurements
用于时间分辨多光子符合测量的时间数字转换器
  • 批准号:
    RTI-2017-00229
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 5.17万
  • 项目类别:
    Research Tools and Instruments
Mode-locked laser for spectrally multiplexed and network-compatible quantum memories
用于光谱复用和网络兼容量子存储器的锁模激光器
  • 批准号:
    RTI-2016-00575
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 5.17万
  • 项目类别:
    Research Tools and Instruments
Merging "nano", rare-earths, and nonlinear crystals: key technology for large-scale quantum networks
融合“纳米”、稀土和非线性晶体:大规模量子网络的关键技术
  • 批准号:
    RGPIN-2015-05477
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 5.17万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Quantum networks - QNETS
量子网络 - QNETS
  • 批准号:
    341575-2010
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 5.17万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Cryostat for real-world quantum repeaters
用于现实世界量子中继器的低温恒温器
  • 批准号:
    472928-2015
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 5.17万
  • 项目类别:
    Research Tools and Instruments - Category 1 (<$150,000)
Quantum networks - QNETS
量子网络 - QNETS
  • 批准号:
    341575-2010
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 5.17万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Quantum networks - QNETS
量子网络 - QNETS
  • 批准号:
    341575-2010
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 5.17万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Quantum networks - QNETS
量子网络 - QNETS
  • 批准号:
    341575-2010
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 5.17万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual

相似国自然基金

电组装纤维素纳米晶/nano-ZnO有序结构凝胶的可控制备及其感染性创面修复的应用研究
  • 批准号:
    JCZRYB202501279
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
Nano-M(On)-SiCNWs-SiC催化材料的制备及其协同催化制氢机理研究
  • 批准号:
    2025JJ70041
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
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pH响应nano-PROTACs通过双重抑制DNA损 伤修复增敏乳腺癌免疫检查点阻断疗法 的研究
  • 批准号:
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    Y24H030019
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  • 批准号:
    82302355
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
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  • 批准号:
    n/a
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    10.0 万元
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    省市级项目
仿生膜构建破骨细胞融合纳米诱饵用于骨质疏松治疗的研究
  • 批准号:
    82372098
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    48.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
铜募集微纳米网片上调LOX活性稳定胶原网络促进盆底修复的研究
  • 批准号:
    82371638
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
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NbN截面型扫描nano-SQUID探针研发及磁场下特性研究
  • 批准号:
    62301542
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30.00 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于SiC纳米纤维纸预浸片的SiCnf/nano-SiC陶瓷基复合材料制备及增韧机理研究
  • 批准号:
    LZ23E020003
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目

相似海外基金

Developing tools for calcium imaging in ITPR2-linked liver pathogenesis
开发 ITPR2 相关肝脏发病机制的钙成像工具
  • 批准号:
    10727998
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 5.17万
  • 项目类别:
Novel Therapy for Hyperphosphatemic Familial Tumoral Calcinosis (hfTC) and Generalized Hyperphosphatemia
高磷血症家族性肿瘤钙质沉着症 (hfTC) 和全身性高磷血症的新疗法
  • 批准号:
    10818072
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 5.17万
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Leveraging multi-omics to define the role of epigenetic regulation by PRC2 in Esthesioneuroblastoma
利用多组学确定 PRC2 在视神经母细胞瘤中的表观遗传调控作用
  • 批准号:
    10748697
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
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  • 项目类别:
Recovery of Rare Earth Elements from coal tailings from British Columbia coalfields by nano-flotation
通过纳米浮选从不列颠哥伦比亚省煤田煤尾矿中回收稀土元素
  • 批准号:
    RGPIN-2021-03098
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 5.17万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Metabolic Mechanisms of Copper-Dependent Neurodegeneration and Excitability in Menkes Disease
门克斯病铜依赖性神经变性和兴奋性的代谢机制
  • 批准号:
    10462355
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 5.17万
  • 项目类别:
Metabolic Mechanisms of Copper-Dependent Neurodegeneration and Excitability in Menkes Disease
门克斯病铜依赖性神经变性和兴奋性的代谢机制
  • 批准号:
    10930683
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 5.17万
  • 项目类别:
Recovery of Rare Earth Elements from coal tailings from British Columbia coalfields by nano-flotation
通过纳米浮选从不列颠哥伦比亚省煤田煤尾矿中回收稀土元素
  • 批准号:
    RGPIN-2021-03098
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 5.17万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Massively Parallel Single Cell Detection of Rare Variants with Split-Pool Combinatorial Indexing
使用分池组合索引大规模并行单细胞检测稀有变异
  • 批准号:
    10025975
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 5.17万
  • 项目类别:
Creation of innovative on-site nano-measurement technology for marine resource exploration and environmental measurement
创造用于海洋资源勘探和环境测量的创新现场纳米测量技术
  • 批准号:
    19H02354
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 5.17万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Generation of a polycistronic universal influenza virus vaccine based on rare species adenoviral vectors
基于稀有物种腺病毒载体的多顺反子通用流感病毒疫苗的制备
  • 批准号:
    9806521
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 5.17万
  • 项目类别:
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知道了