Collective Spin Excitations in an Atomic Vapour for Quantum Information

原子蒸气中的集体自旋激发获取量子信息

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2021-03289
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.11万
  • 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:
    2021
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2021-01-01 至 2022-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The next generation of quantum devices will constitute a technological revolution in computing, secure communication and fundamental research. These technologies are on the verge of coming into fruition, with the appearance of practical quantum computers and proof of principle large-scale quantum networks appearing across the globe. Among the many gaps that need to be filled for this technology to become practically realized, one of the most prescient is the mapping of quantum information from one system to another. For example, the optical qubits of quantum information must be mapped into matter in a way that preserves their delicate quantum state. Another challenge that must be addressed is the training of a quantum literate workforce - a diverse set of technicians, scientists and engineers, who will build the quantum technology of tomorrow. Given these challenges, the aim of this research program is two-fold: we will explore a promising avenue for coupling light into matter, using an atomic cloud for both production and storage of quantum information. Next, the program will be structured so as to maximize learning outcomes for the student researchers and to provide a visibly inclusive research environment to inspire and encourage a diverse set of recruits for future work in the field. At the heart of the challenge for mapping quantum states between systems is establishing a coupling that is strong enough to reliably transfer information, yet not dissipative, so that information is not lost in the process. This "coherent coupling" is a key challenge in a quantum hybrid interface. This research program will overcome this barrier naturally: an atomic system will create the optical quantum information at one node, and the same atomic species will be used to manipulate and store this information at a separate node. This system will create an interesting interplay between atomic and photonic excitations, where an optical excitation will lead to an atomic spin excitation spread across many atoms (a collective spin excitation). This research program will provide a deeper understanding of this largely unexplored system and has the potential to enhance not only surrounding technology but fundamental understanding of hybrid quantum systems. The modular, table-top nature of this research direction makes it especially fruitful for the training of the next generation of scientists. Much of the experiment can be partitioned into separate electronic and optical modules which can be the focus of a beginning researcher. By embracing a "maker" mentality to the lab, with communal space for exploring individual projects and ideas, we will create an inviting environment to beginners to the field. By having our junior members not only deliver outreach lectures but also provide mentorship to their peers and community youth, we will provide an inclusive environment and increase equity, diversity, and inclusion in the next generation of scientists.
下一代量子设备将构成计算、安全通信和基础研究的技术革命。随着实用量子计算机的出现和地球仪上出现的大规模量子网络的原理证明,这些技术即将实现。在这项技术实际实现所需要填补的许多空白中,最有先见之明的是将量子信息从一个系统映射到另一个系统。例如,量子信息的光学量子比特必须以保持其微妙量子状态的方式映射到物质中。另一个必须解决的挑战是培训一批懂量子知识的劳动力--一批多样化的技术人员、科学家和工程师,他们将构建未来的量子技术。 鉴于这些挑战,该研究计划的目标是双重的:我们将探索一种将光耦合到物质中的有前途的途径,使用原子云来生产和存储量子信息。接下来,该计划将被结构化,以最大限度地提高学生研究人员的学习成果,并提供一个明显的包容性研究环境,以激励和鼓励一组不同的招聘人员在该领域的未来工作。 在系统之间映射量子态的挑战的核心是建立一种耦合,这种耦合足够强,可以可靠地传输信息,但又不耗散,这样信息就不会在这个过程中丢失。这种“相干耦合”是量子混合界面中的一个关键挑战。这项研究计划将自然地克服这一障碍:原子系统将在一个节点上创建光量子信息,而相同的原子物种将用于在单独的节点上操纵和存储这些信息。该系统将在原子和光子激发之间产生有趣的相互作用,其中光学激发将导致原子自旋激发分散在许多原子上(集体自旋激发)。这项研究计划将提供对这个基本上未被探索的系统的更深入的了解,并有可能不仅提高周围的技术,而且提高对混合量子系统的基本理解。该研究方向的模块化,桌面性质使其对下一代科学家的培训特别富有成效。大部分实验可以划分为独立的电子和光学模块,这可以成为初学者的重点。通过拥抱“制造者”的心态到实验室,与探索个人项目和想法的公共空间,我们将创造一个吸引初学者到该领域的环境。通过让我们的初级成员不仅提供外展讲座,而且还为他们的同龄人和社区青年提供指导,我们将提供一个包容的环境,并增加公平,多样性和下一代科学家的包容性。

项目成果

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MacRae, Andrew其他文献

Transverse multimode effects on the performance of photon-photon gates
  • DOI:
    10.1103/physreva.83.022312
  • 发表时间:
    2011-02-14
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Simon, Christoph
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  • DOI:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Stamper-Kurn, Dan M.
A versatile digital GHz phase lock for external cavity diode lasers
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Appel, Jurgen;MacRae, Andrew;Lvovsky, A. I.
  • 通讯作者:
    Lvovsky, A. I.

MacRae, Andrew的其他文献

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Collective Spin Excitations in an Atomic Vapour for Quantum Information
原子蒸气中的集体自旋激发获取量子信息
  • 批准号:
    RGPIN-2021-03289
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 2.11万
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    Discovery Grants Program - Individual
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原子蒸气中的集体自旋激发获取量子信息
  • 批准号:
    DGECR-2021-00168
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 2.11万
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Quantum memory for entangled states of light
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  • 批准号:
    379217-2009
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    2011
  • 资助金额:
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Quantum memory for entangled states of light
光纠缠态的量子记忆
  • 批准号:
    379217-2009
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  • 资助金额:
    $ 2.11万
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Quantum memory for entangled states of light
光纠缠态的量子记忆
  • 批准号:
    379217-2009
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    $ 2.11万
  • 项目类别:
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  • 批准号:
    293215-2004
  • 财政年份:
    2005
  • 资助金额:
    $ 2.11万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Post-rift Atlantic passive margin products and controls: the Scotian Margin
大西洋裂谷后被动保证金产品和控制:斯科舍保证金
  • 批准号:
    293215-2004
  • 财政年份:
    2004
  • 资助金额:
    $ 2.11万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual

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  • 财政年份:
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RUI: Topological Excitations in Spin-1 and Spin-2 Bose-Einstein Condensates
RUI:Spin-1 和 Spin-2 玻色-爱因斯坦凝聚中的拓扑激发
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    2022
  • 资助金额:
    $ 2.11万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collective Spin Excitations in an Atomic Vapour for Quantum Information
原子蒸气中的集体自旋激发获取量子信息
  • 批准号:
    DGECR-2021-00168
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 2.11万
  • 项目类别:
    Discovery Launch Supplement
Development of spin-wave resonators by multiple local spin-orbit torque excitations and their application to high-frequency devices
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    2021
  • 资助金额:
    $ 2.11万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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    429255030
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 2.11万
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自旋电流作为高温超导材料自旋激发的探针
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  • 资助金额:
    $ 2.11万
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