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UNconventional Integrated quantum nanophotonic sources From spontaneous sYmmetry breaking

Descrizione del progetto

Sorgenti non convenzionali di fotoni singoli

Gli emettitori quantistici sono componenti cruciali nella tecnologia dell’informazione quantistica di prossima generazione, come la computazione e le comunicazioni quantistiche. Le sorgenti quantistiche in grado di produrre singoli fotoni sono il fulcro di tali tecnologie. La maggior parte di esse crea un fotone in modo deterministico quando è attivata da una sorgente luminosa o da un impulso elettrico, ma gli svantaggi di tale processo sono la complessa tecnologia di fabbricazione e il funzionamento a basse temperature. Il progetto UNIFY, finanziato dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, esplorerà sorgenti quantistiche alternative, in grado di produrre un forte antibunching di fotoni, ossia che possono generare un fotone alla volta e sopprimere gli stati multifotonici. A tal fine, i ricercatori produrranno emettitori quantistici in semiconduttori III-V coltivati sul silicio ed esploreranno le forti correlazioni quantistiche tra gli emettitori e le cavità ottiche non lineari.

Obiettivo

The integration of reliable quantum sources on a photonic microchip is at heart of intense research in today quantum photonics. Our project is devoted to the realization of quantum correlations such as photon entanglement based on nonlinear interactions in semiconductor coupled nanocavities, ultimately with few photons. Unlike conventional semiconductor quantum sources that require deterministic coupling of emitters into small cavities and/or operation at ultralow temperatures, UNIFY will achieve unconventional sources with quantum correlations using Indium Phosphide-based bulk or quantum well photonic crystal cavities on Silicon, on-chip integrable and operating at room temperature in the telecommunication band. UNIFY relies on a recent theoretical prediction: photon entanglement from nonlinear optical transitions –i.e. bifurcations– in coupled cavity systems, such as spontaneous symmetry breaking (SSB). SSB-induced quantum correlations will be sought with either weak nonlinearities per photon and strong fields (continuous variable), or relatively large nonlinearities per photon in a few photon regime. UNIFY proposes to tackle them using a twofold strategy: passive (coherent excitation), and active (nanolaser) experimental configurations. For the latter, cavities with large spontaneous emission factor (β) will be realized to decrease the saturation photon number. The combination of nanocavities with tunable inter-cavity evanescent coupling, high-quality factors, ultra-small mode volumes, efficient input/output light coupling and high β-factors will ultimately lower the intracavity photon number below ~10. Such a platform is compatible with device integration on a photonic microchip, small footprint and scalability. We thus propose to unify an outstanding early career researcher with experience on coherent excitation SSB and world leaders in nanophotonics and quantum optics in order to enable a new generation of unconventional quantum photonic nanosources.

Coordinatore

CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE CNRS
Contribution nette de l'UE
€ 184 707,84
Indirizzo
RUE MICHEL ANGE 3
75794 Paris
Francia

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Regione
Ile-de-France Ile-de-France Paris
Tipo di attività
Research Organisations
Collegamenti
Costo totale
€ 184 707,84