Opis projektu
Nowe horyzonty kwantowe w nowym świetle
Naukowcy torują drogę do przełomowych zastosowań technologii kwantowych. Finansowany przez ERBN projekt FoQAL ma na celu zrewolucjonizowanie naszej zdolności do manipulowania interakcjami światło-materia na poziomie kwantowym. Poprzez użycie zimnych atomów i układów nanofotonicznych wykorzystane zostaną ich unikalne cechy, takie jak kontrola wymiarów, dyspersja oraz siły próżni kwantowej. Kluczowe rewolucyjne odkrycia obejmują pułapki w nanoskali wykorzystujące siły próżni kwantowej, co umożliwia osiągnięcie głębokości pułapek oraz ograniczenia przestrzennego przekraczających wielkości dostępne za pomocą technik konwencjonalnych o 1–2 rzędy wielkości. Zespół projektu FoQAL zademonstruje również silne oddziaływania spin-foton-fonon, generując nowe oddziaływania dalekiego zasięgu i egzotyczne stany kwantowe światła i materii. W ramach projektu opracowane zostaną również nowe podejścia do jednofotonowej optyki nieliniowej, wykorzystujące zaprojektowane interakcje dalekiego zasięgu między atomami. Ogólnie rzecz biorąc, przełomowe odkrycia w ramach projektu pchną technologie kwantowe na zupełnie nowe rubieże nauki.
Cel
FoQAL aims to completely re-define our ability to control light-matter interactions at the quantum level. This potential revolution will make use of cold atoms interfaced with nanophotonic systems, exploiting unique features such as control over the dimensionality and dispersion of light, the engineering of quantum vacuum forces, and strong optical fields and forces associated with light confined to the nanoscale. We will develop powerful and fundamentally new paradigms for atomic trapping, tailoring atomic interactions, and quantum nonlinear optics, which cannot be duplicated in macroscopic systems even in principle. Targeted breakthroughs include:
1) Nanoscale traps using quantum vacuum forces. Nanophotonic structures enable strong quantum vacuum forces acting on atoms near dielectric surfaces to be harnessed for novel “vacuum traps.” Their figures of merit (e.g. trap depth and spatial confinement) will exceed what is possible with conventional trapping techniques by 1-2 orders of magnitude.
2) Strong long-range spin-photon-phonon interactions. We will show that nanophotonic systems enable the formation of new “quasi-particles” consisting of atoms dressed by localized photonic clouds. These clouds produce strong multi-physics coupling between photons and atomic spins and motion, facilitating novel long-range interactions and the generation of exotic quantum states of light and matter.
3) New routes to single-photon nonlinear optics. We will develop novel techniques to attain strong interactions between individual photons, which are not based upon the saturation of atomic transitions. These approaches will take advantage of engineered long-range interactions between atoms, and “atom-optomechanics” in which the optical response of atoms and their motion strongly couple. Significantly, our protocols will enable a growth in nonlinearities for moderate atom number N, in contrast to conventional cavity QED where the optimal operating point is N=1.
Dziedzina nauki
- natural sciencesphysical sciencesatomic physics
- natural sciencesphysical sciencesquantum physicsquantum optics
- natural sciencescomputer and information sciencescomputational sciencemultiphysics
- natural sciencesphysical sciencesopticsnonlinear optics
- natural sciencesphysical sciencestheoretical physicsparticle physicsphotons
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-STG - Starting GrantInstytucja przyjmująca
08860 Castelldefels
Hiszpania