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TIME-Varying Nanophotonics for New Regimes of QED LIGHT-Matter Interactions

Description du projet

Nouvelles possibilités de contrôle quantique de la lumière

L’exploitation de la lumière aux plus petites échelles est essentielle pour développer de meilleurs systèmes de communication, l’informatique quantique et des capteurs de haute précision. Les structures nanophotoniques peuvent piéger et contrôler la lumière, ce qui permet de puissantes interactions entre la lumière et la matière, même à température ambiante. Cependant, les méthodes actuelles se heurtent à deux obstacles majeurs: elles doivent obéir à des règles strictes de conservation de l’énergie et permettre à la lumière de voyager dans les deux sens. En surmontant ces limites, on pourrait créer de nouveaux types de dispositifs quantiques fonctionnant de manière inédite. Pour relever ces défis, le projet TIMELIGHT, financé par le CER, vise à utiliser des matériaux à modulation temporelle dont les propriétés optiques changent dynamiquement sous contrôle externe. Cela permettrait de mieux contrôler l’émission de lumière, le rayonnement d’électrons libres et la production de photons. En cas de succès, TIMELIGHT pourrait ouvrir la voie à de futures technologies quantiques.

Objectif

Controlling light and its interaction with matter at the nanoscale is one of the major aims of current Science with applications ranging from energy-efficient photonic-based communications, quantum information processing, or high precision sensors. Owing to the hybrid light-matter modes supported by nanophotonic structures, from THz and IR polaritons in 2D materials to optical plasmonic resonances, nanophotonics offers an ideal platform for an exquisite control of light-matter interactions even at room temperature. Light concentrated at the nanoscale is a natural playground for quantum electro-dynamical (QED) processes, whereby light-matter interactions reveal their quantum nature.
However, conventional approaches to nanophotonics-based QED are limited by two fundamental principles: energy conservation and reciprocity. Overcoming these limitations would enable non-photon conserving devices and one-way channels, opening the door to a compact route to quantum photonic circuits. TIMELIGHT proposes the use of time-modulated media, whose optical parameters (e.g. permittivity) are dynamically modulated by an external actuation, to realise fundamentally new non-Hermitian and non-reciprocal QED effects. This theoretical project roots in recent experimental advances that have shown unprecedentedly large and fast modulations of nanophotonic structures.
TIMELIGHT will deliver advances in the following areas: (1) tuning of spontaneous emission and collective interactions of quantum emitters, (2) new forms of free electron radiation, (3) novel mechanisms for enhancing spontaneous photon generation, and (4) synthetic-motion based fluctuation-induced forces. TIMELIGHT will open the door to time-varying nanophotonics as a new paradigm to tailoring light-matter interactions at room temperature with non-Hermitian and non-reciprocal effects. This will shed light in the understanding of fundamental QED processes and ultimately be of interest to quantum photonic technologies.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

Voir tous les projets financés dans le cadre de ce programme de financement

Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2023-STG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE MADRID
Contribution nette de l'UE
€ 1 500 000,00
Adresse
CALLE EINSTEIN 3 CIUDAD UNIV CANTOBLANCO RECTORADO
28049 Madrid
Espagne
Région
Comunidad de Madrid Comunidad de Madrid Madrid
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 1 500 000,00

Bénéficiaires (1)