Opis projektu
Nowe materiały magnetycznych izolatorów topologicznych zwiększają wydajność detektorów pojedynczych fotonów
Zespół finansowanego przez UE projektu SuperPHOTON zamierza wyprodukować i wprowadzić na rynek nowe, ultraczułe czujniki światła kwantowego, które mają kluczowe znaczenie dla sukcesu i rozpowszechnienia komputerów kwantowych. Strukturalne i elektroniczne właściwości nanodrutów na bazie niobu, mimo że są szeroko stosowane jako nadprzewodniki do fotodetekcji, nie nadają się do odczytu w temperaturze kriogenicznej lub pokojowej, co utrudnia skalowalne wdrożenie technologii kwantowej. Używając pulsacyjnego osadzania laserowego i epitaksji z wiązki molekularnej, naukowcy wyhodują wysokiej jakości materiały z magnetycznego izolatora topologicznego dla prototypów nadprzewodnikowych detektorów pojedynczych fotonów o wysokiej wydajności i ultraniskim szumie kwantowym. Te nowe materiały topologiczne mogą pomóc zespołowi mierzyć fotony w ekstremalnie niskich temperaturach.
Cel
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.
Dziedzina nauki
- 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
Program(-y)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
System finansowania
HORIZON-AG-LS - HORIZON Lump Sum GrantInstytucja przyjmująca
34450 Istanbul
Turcja