Description du projet
Nouveaux matériaux isolants topologiques magnétiques pour améliorer les performances des détecteurs de photons uniques
Le projet SuperPHOTON, financé par l’UE, a pour objet de produire et commercialiser de nouveaux capteurs de lumière quantique ultrasensibles, qui sont essentiels au succès et à la prolifération des ordinateurs quantiques. Bien que largement utilisés comme supraconducteurs pour la photodétection, les propriétés structurelles et électroniques des nanofils à base de niobium ne conviennent pas à une lecture cryogénique ou à température ambiante, ce qui entrave le déploiement à grande échelle de la technologie quantique. En utilisant le dépôt par laser pulsé et l’épitaxie par faisceau moléculaire, les chercheurs produiront des matériaux isolants topologiques magnétiques de haute qualité pour des prototypes de détecteurs de photons uniques basés sur des supraconducteurs, avec des rendements élevés et une très faible gigue. Ces nouveaux matériaux topologiques pourraient aider l’équipe à quantifier les photons à des températures extrêmement basses.
Objectif
Superconducting single photon detectors are critical components for emerging quantum technologies due to their high detection efficiencies, short jitter, photon number resolution, high maximum and low dark count rates. These devices may enable new ground-breaking applications in topological quantum computing and quantum internet. Niobium-based nanowires (Nb, NbN) are some of the most used superconductors for photodetection, but their material characteristics, device jitter and efficiencies cannot be effectively tuned or reproduced for scalable quantum technology deployment. The structural and electronic properties of these nanowires are not suitable for scalable cryogenic or room temperature readout. The challenges in growing high-quality quantum materials consistently provide a significant bottleneck against the development of quantum technologies that might efficiently interface with conventional microelectronics. In my ERC Grant (948063), we are using our pulsed laser deposition (PLD) and molecular beam epitaxy (MBE) expertise for magnetic topological insulators (MTI) and garnets for spintronic and superconducting devices with high conversion efficiency between electronic spins and charges. Here, I propose to develop three prototypes and obtain their patents: (1) Three MTI superconductor-based single photon detector prototypes with beyond state-of-the-art high efficiencies and ultralow jitter owing to the unique properties of MTI such as ultrafast sub-ps magnetization reversal, ballistic transport of Dirac electrons along the interfaces and integrated spin logic. (2) We are going to provide a steady supply of high-quality superconductor and spintronic films (NbN, MTI, and magnetic garnets) to accelerate basic and applied research, which is a market growing with about 20% annual rate. (3) A custom low-cost cryostat for 2-3K detector tests will be prepared with fiber optical and RF cable feedthroughs, electromagnets, readout electronics and software.
Champ scientifique
- natural sciencesphysical scienceselectromagnetism and electronicsspintronics
- engineering and technologyelectrical engineering, electronic engineering, information engineeringelectronic engineeringcomputer hardwarequantum computers
- natural sciencesphysical sciencesopticslaser physicspulsed lasers
- natural sciencesphysical scienceselectromagnetism and electronicssuperconductivity
- natural sciencesphysical sciencestheoretical physicsparticle physicsphotons
Programme(s)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Régime de financement
HORIZON-AG-LS - HORIZON Lump Sum GrantInstitution d’accueil
34450 Istanbul
Turquie