Programmable Laser Beam Shaping Tools for Exciton-Polariton Quantum Simulators

用于激子-极化子量子模拟器的可编程激光束整形工具

基本信息

  • 批准号:
    RTI-2022-00206
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.46万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Research Tools and Instruments
  • 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

I request two spatial light modulators (SLMs), programmable optical beam shaping tools that can support our on-going project of building exciton-polariton quantum simulators (QS) as a next-generation high-performance computing platform. At the heart of the Information age, various formats of data are generated and handled as common audio or video signals, texts, and emails. And complex and big data are necessary to satisfy growing demands of information sharing in modern society. Moreover, the size of these data increases almost double up every year. Hence, high performance computing technologies are on high demand that aim to handle big sized data efficiently and to solve highly complicated computation problems controllably. Our group has been developing a photonic computing platform based on exciton-polaritons that can offer promising computational advantages from the system traits of nonlinearity and strong light-matter interactions through series of theoretical and experimental research activities for many years.   So far, we built prototypes of an exciton-polariton QS in fixed geometries using semiconductor material growth and device nanofabrication processing techniques. We characterized them optically to understand the basic operation principles, system dynamics, node connectivity and node-to-node coupling. Now we need to formulate practical applications to establish programmable exciton-polariton photonic QS. A critical technique for successful technological transition is reversible programmability and dynamical control of lasers in our optical setup because this allows us to study various types of situations readily.   We identify that the SLM is the best solution to our needs as a well-established optical technology to design laser beam profiles for defining a single site and for patterning multiple arrays of each site. Furthermore, we request two SLMs in order to engineer two opposite polarization states of lasers independently at the same time to represent binary states as a basic information unit. The high reflectivity of the proposed SLM models is desirable to control the laser power range widely so that we can exploit the full laser capacity and nonlinearity as a new functionality. Therefore, our selected SLM model can allow us to achieve all necessary technical specifications to create densely packed node arrays which are suitable for complex and large-scale problems. Since the SLM is regarded as state-of-the art quantum optical technologies to control lasers and quantum systems spatially and temporally, it is critical that students acquire hands-on experience in this advanced optical technology for their global leadership in quantum computing sectors. With the SLMs, our programmable exciton-polariton QS will pave ways to construct a powerful and competent photonic computing platform in a timely action with fast speed and compact footprints for favorable commercial implementation.
我要求两个空间照明调制器(SLM),可编程的光束塑形工具,这些工具可以支持我们持续的项目,即构建令人兴奋的巨龙量子模拟器(QS)作为下一代高性能计算平台。在信息时代的核心,生成和处理各种数据格式作为常见的音频或视频信号,文本和电子邮件。对于满足现代社会中信息共享的不断增长的需求而言,复杂和大数据是必要的。此外,这些数据的大小几乎每年增加一倍。因此,高性能计算技术的需求量很高,旨在有效地处理大尺寸数据并解决受到高度复杂的计算问题。我们的小组一直在开发一个基于激动人心的二阵式光圈的光子计算平台,该平台可以从非线性的系统特征和通过一系列的理论和实验研究活动中提供有望获得的计算优势。到目前为止,我们使用半导体材料的生长和装置纳米化处理技术在固定的几何形状中建立了令人兴奋的二利机QS的原型。我们从光学上表征它们,以了解基本的操作原理,系统动力学,节点连接和节点对节点耦合。现在,我们需要制定实用应用,以建立可编程的激动人心的光子光子QS。成功技术过渡的关键技术是在光学设置中对激光器的可逆编程和动态控制,因为这使我们能够轻松研究各种情况。我们确定SLM是我们需求的最佳解决方案,它是一项完善的光学技术,用于设计激光束轮廓,用于定义单个站点并为每个站点的多个阵列进行图案。此外,我们请求两个SLM,以便同时独立地独立地设计激光器的两个相反的极化状态,以代表二进制状态为基本信息单位。需要广泛控制激光功率范围的高度反射率,因此我们可以探索全部激光容量和非线性作为新功能。因此,我们选定的SLM模型可以使我们能够实现所有必要的技术规格,以创建适合复杂和大规模问题的无填充节点阵列。由于SLM被认为是在空间和临时控制激光器和量子系统的最先进的量子光学技术,因此学生在量子计算领域的全球领导力中获得这项先进的光学技术的动手经验至关重要。借助SLM,我们可编程的激动人心的Polariton QS将铺平方法,以及时的操作构建功能强大且有能力的光子计算平台,并以快速和紧凑的足迹进行良好的商业实施。

项目成果

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