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Efficient Detection of Squeezed Light on Nanophotonic Chips using Subwavelength-Engineered Superconducting Nanowire Avalanche Photodetectors

Description du projet

Nouveaux systèmes photoniques intégrés permettant de détecter efficacement la lumière comprimée

Les états comprimés de la lumière présentent des corrélations quantiques qui donnent lieu à des incertitudes de mesure plus faibles que les états classiques correspondants. Ces caractéristiques quantiques peuvent être exploitées pour les mesures optiques de haute précision, la radiométrie, la distribution quantique de clés, etc. Les puces nanophotoniques actuelles utilisant des détecteurs de photons uniques à nanofils supraconducteurs intégrés dans des guides d’ondes (SNSPD pour «superconducting nanowire single-photon detectors») sont limitées dans leur capacité à détecter la lumière comprimée, principalement en raison des pertes de couplage des coupleurs fibre-puce et des interfaces guide d’ondes-SNSPD. Financé par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet ESSENS développera un système photonique intégré qui permettra de détecter efficacement la lumière comprimée aux longueurs d’onde des télécommunications. Les systèmes proposés ouvriront la voie à des utilisations passionnantes de la lumière comprimée dans des applications telles que la simulation, la communication et la détection quantiques, avec des centaines de détecteurs et d’interféromètres sur des puces monolithiques hautement intégrées et d’une stabilité quasi parfaite.

Objectif

Quantum photonics has become a key driver for the development of novel applications—such quantum information processing and sensing—that leverage quantum effects to open new possibilities beyond classical capabilities. Squeezed states of light are particularly promising for such applications and have been employed, e.g. to conduct Gaussian boson sampling experiments. Despite the success of these experiments, the use of bulk optical components hinders scalability and phase stabilization. Thus, higher levels of photonic integration are strongly desired. However, the exploitation of squeezed light, which critically relies on efficient detection, has not yet been achieved using nanophotonic chips because of the limited efficiency of the required fiber-chip couplers and single-photon detectors (SPDs).

In this project, an optical fiber–accessible, photonic integrated system will be implemented to demonstrate on-chip detection of squeezed light at telecom wavelengths. To accomplish this goal, two approaches will be employed to assist fiber-chip couplers and waveguide-integrated superconducting nanowire SPDs, enabling access to previously inaccessible regions of the design space: subwavelength grating (SWG) metamaterials and direct-laser-writing (DLW) fabrication technology. The outcome of this project will break new ground for exploiting squeezed states for applications in quantum simulation, communication, and sensing with hundreds of detectors and interferometers on highly integrated, monolithic chips with near perfect phase stability.

This project will be completed in a leading interdisciplinary research group. The applicant’s background in integrated photonics and SWG metamaterial engineering will be combined with the expertise on quantum detectors and the DLW nanofabrication capabilities of the host group. The proposed work will expand the applicant’s experience, skills and professional networks, re-enforcing the advance of his career as an independent researcher.

Coordinateur

UNIVERSITAET MUENSTER
Contribution nette de l'UE
€ 173 847,36
Adresse
SCHLOSSPLATZ 2
48149 MUENSTER
Allemagne

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Région
Nordrhein-Westfalen Münster Münster, Kreisfreie Stadt
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
Aucune donnée

Partenaires (1)