Grant: Collaborative Science, Technology and Innovation Program - Collaborative R&D Initiatives

The Project aims to overcome fundamental limits in quantum communication and establish Canada as a leader in quantum networking. Today’s systems are restricted by photon loss in fibers, where the so-called PLOB bound sets the ultimate limit for secure direct communication. The project team’s approach introduces a multimode, cavity QED-based repeater architecture with chiral light-matter coupling. This enables highly efficient entanglement distribution, directional photon interactions, and multiplexed quantum memory. These advances are expected to surpass the PLOB bound by 3–5 dB over metropolitan fiber networks—representing the first experimental violation of this theoretical limit. Unlike incremental progress pursued elsewhere, the Project uniquely integrates secure quantum communication with quantumenhanced sensing and metrology within NRC’s testbed as a general quantum networking infrastructure. Potential applications include entanglement-assisted interferometry for astronomy and defense, quantum key distribution, and fault-tolerant distributed computing. By creating deployment-ready, modular infrastructure, the project directly supports Canada’s National Quantum Strategy and positions the country at the forefront of global quantum technology

Ce projet vise à surmonter les limites fondamentales de la communication quantique et à faire du Canada un chef de file dans le domaine du réseautage quantique. Les systèmes actuels sont limités par la perte de photons dans les fibres, où la « limite PLOB » fixe la limite ultime pour une communication directe sécurisée. L’approche de l’équipe du projet consiste à mettre en place une architecture de répéteur multimode basée sur l’électrodynamique quantique (QED) en cavité et qui intègre un couplage chiral lumière-matière. Cela permet une distribution d’intrication hautement efficace, des interactions photoniques directionnelles et une mémoire quantique multiplexée. Ces avancées devraient dépasser la limite PLOB de 3 à 5 dB sur les réseaux de fibre métropolitains, ce qui constituerait la première violation expérimentale de cette limite théorique. Contrairement aux progrès incrémentaux recherchés ailleurs, le projet intègre de manière unique la communication quantique sécurisée à la détection et à la métrologie améliorées par la physique quantique au sein du banc d’essai du CNRC, en tant qu’infrastructure générale de réseautage quantique. Parmi les applications potentielles figurent l’interférométrie assistée par l’intrication pour l’astronomie et la défense, la distribution de clés quantiques et le calcul distribué tolérant aux pannes. En créant une infrastructure modulaire prête à être déployée, le projet soutient directement la Stratégie quantique nationale du Canada et place le pays à l’avant-garde de la technologie quantique mondiale.

In the short term, anticipated outcomes will be strengthened collaborations across industry, academia, and government to support research excellence. In the medium term, anticipated outcomes will be the development of new and potentially disruptive technologies with collaborators. In the long term, find collaborative solutions to public policy challenges and create stronger innovation systems.

À court terme, les résultats prévus seront des collaborations renforcées entre l'industrie, le milieu universitaire et le gouvernement pour soutenir l'excellence en recherche. À moyen terme, les résultats attendus seront le développement de nouvelles technologies potentiellement perturbatrices avec des collaborateurs. À long terme, trouver des solutions collaboratives aux défis des politiques publiques et créer des systèmes d'innovation plus solides.

Collaborate on multiparty research and development programs to catalyze transformative, high-risk, high-reward research with the potential for game-changing scientific discoveries and technological breakthroughs in priority areas.

Collaborer à des programmes multipartites de recherche-développement dans le but de profiter de la synergie entre la recherche transformatrice à haut risque et à haut rendement et le potentiel de découvertes scientifiques et de percées technologiques révolutionnaires dans des secteurs d’intervention prioritaires.