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

The Project will demonstrate the first-ever quantum spectrometer capable of simultaneously measuring the absorption spectrum and refractive index of a molecule. The goal is to demonstrate an instrument that 1) leverages a purely quantum mechanical effect to enable a unique sensing ability, 2) attains higher sensitivity than classical analogues, and 3) facilitates simple and rapid measurements for deployment in other experimental labs. The team will develop an optical setup that uses entangled photon pairs and Hong-Ou-Mandel interference to measure the optical properties of molecular samples, by using spectrally-resolved single-photon detection technologies. Analytical models for simulating and fitting experimental measurements will be developed, as well as machine learning algorithms for accelerating experimental throughput. Multiple quantum spectrometer prototypes will be explored and optimized to identify pathways towards quantum advantage. The Project will lay the groundwork for developing a quantum sensing instrument with application in numerous Canadian industrial and academic sectors.

Le projet fera la démonstration du fonctionnement du premier spectromètre quantique capable de mesurer simultanément le spectre d’absorption et l’indice réfractif d’une molécule. Le but est de démontrer le fonctionnement d’un instrument qui 1) utilise un effet mécanique quantique pur pour procurer une capacité de captage unique, 2) possède une sensibilité supérieure à celle des microscopes analogues classiques et 3) facilite la prise de mesures simplement et rapidement, ce qui permettra son déploiement dans d’autres laboratoires expérimentaux. L’équipe développera une configuration optique s’appuyant sur des paires de photons intriqués et sur un effet d’interférence Hong-Ou-Mandel afin de mesurer les propriétés optiques des échantillons moléculaires au moyen de technologies de détection de photons uniques à résolution spectrale. Des modèles analytiques permettant de procéder à des simulations et à l’adaptation des mesures expérimentales seront développés ainsi que des algorithmes d’apprentissage machine pour accélérer les expériences. De multiples prototypes de spectromètre quantique seront étudiés et optimisés afin de trouver un moyen de générer l’avantage quantique. Le projet jettera les bases du développement d’un instrument de captage quantique avec application dans de nombreux secteurs industriels et universitaires au Canada.

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.