Integrated photon autocorrelation and micro-photoluminescence spectroscopy for developing solid-state quantum light emitters for quantum applications

集成光子自相关和微光致发光光谱,用于开发用于量子应用的固态量子光发射器

基本信息

  • 批准号:
    RTI-2023-00571
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 10.89万
  • 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:
    2022
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2022-01-01 至 2023-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Solid-state semiconductor single photon emitters (SPEs) are foundational to enable most of the quantum applications, including quantum communications, quantum sensing/metrology, quantum cryptography, and quantum computing. SPEs are also crucial for advanced applications, including quantum photonic integrated circuits (QPIC) for on-chip communication and quantum imaging. The requested equipment is critical to study fundamental properties: 1) purity, 2) brightness, and 3) indistinguishability of the SPEs. It includes components to build a micro-photoluminescence and second-order autocorrelation measurement setup installed at INRS to develop next-generation quantum light sources operating at a wide spectral range. The requested components: monochromator, CCD, InGaAs detectors, and timing electronics, will form an essential part of the integrated system for non-classical quantum states characterizations. The important facility will enable us to perform various quantum science and technology-related research projects, including NSERC Alliance Quantum, NSERC Discovery, NSERC CREATE (Quantum), Quebec Quantum, NSF-NSERC Alliance Quantum and FRQNT (Quantum). The proposed program has compelling scientific merits and far-reaching potential applications related to quantum information processing. The applicants S. Sadaf and M Chaker (INRS), O. Moutanabbir (Polytechnique Montreal), K. Bevan (McGill), and H. Maher (Sherbrooke University) currently focus on the development of classical and non-classical nanostructured solid-state SPEs. The applicants' excellent track records and complementary expertise will ensure timely progress and overall success of the envisioned goals. Moreover, the project has attracted 10 national and local collaborators and industry partners. The requested components have unique features to study a wide range of materials, including III-V and II-VI semiconductors, defects/color centres, two-dimensional (2D) materials, and strain-engineered 2D/3D hybrid. Besides non-classical SPE development, the equipment will be used to develop classical nanoscale devices, including nanoLEDs, nanolasers, nanophotodetectors, and nanophotocatalysts. The proposed system will lead to a dynamic training environment for students to explore three unique materials platforms to develop high-efficiency SPEs at and above room temperature. The team currently supervises 25+ PhD students, 10+ PDFs (across four universities and departments: energy & materials, engineering physics, electrical engineering, and materials science). The students/PDFs will also learn state-of-the-art nanofabrication and spectroscopy. The project will lead to new partnerships with Canada's leading photonic companies in the quantum photonics field and spin-offs in the photonics sector. Finally, the proposed program will significantly enhance the growth of Canada's quantum research, technologies, and talents, as outlined in the national quantum strategy (NQS).
固态半导体单光子发射器(SPE)是实现大多数量子应用的基础,包括量子通信、量子传感/计量、量子密码学和量子计算。SPE对于高级应用也是至关重要的,包括用于片上通信和量子成像的量子光子集成电路(QPIC)。所需的设备对研究基本特性至关重要:1)纯度,2)亮度,3)SPE的不可分辨。它包括建立微型光致发光和安装在INRS的二阶自相关测量装置的部件,以开发在宽光谱范围内运行的下一代量子光源。所需的组件:单色仪、电荷耦合器件、InGaAs探测器和定时电子设备,将构成用于非经典量子态表征的集成系统的重要组成部分。该重要设施将使我们能够执行各种与量子科学和技术相关的研究项目,包括NSERC Alliance Quantum、NSERC Discovery、NSERC Create(Quantum)、魁北克量子、NSF-NSERC Alliance Quantum和FRQNT(Quantum)。提出的方案在量子信息处理方面具有令人信服的科学优点和深远的潜在应用。申请者S.Sadaf和M Chaker(INRS)、O.Moutanabbir(蒙特利尔理工学院)、K.Bevan(McGill)和H.Maher(舍布鲁克大学)目前专注于经典和非经典纳米结构固态SPE的开发。申请者良好的业绩记录和互补的专业知识将确保及时取得进展并全面成功实现预期目标。此外,该项目还吸引了10家国家和地方合作伙伴和行业合作伙伴。所要求的部件具有研究各种材料的独特功能,包括III-V和II-VI半导体、缺陷/色心、二维(2D)材料和应变工程2D/3D混合材料。除了非经典的SPE开发外,该设备还将用于开发经典的纳米级器件,包括纳米LED、纳米激光器、纳米光探测器和纳米光催化剂。拟议的系统将为学生提供一个动态的培训环境,让他们探索三个独特的材料平台,以开发室温及以上的高效SPE。该团队目前管理着25名以上的博士生,10名以上的PDF(横跨四所大学和系:能源与材料、工程物理、电气工程和材料科学)。学生/PDF还将学习最先进的纳米制造和光谱学。该项目将导致与加拿大领先的光子公司在量子光子学领域建立新的合作伙伴关系,并在光子学领域剥离产品。最后,拟议的计划将显著促进加拿大量子研究、技术和人才的增长,正如国家量子战略(NQS)中所概述的那样。

项目成果

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