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

Higher Rydberg states of atoms are an important quantum technology platform due to their giant absorption cross-sections and long lifetimes: they are exceptional in terms of their sensitivity to broadband electromagnetic fields. Rydberg quantum sensor implementations to date are based on gas phase alkali atoms, presenting a challenge for integration. A solid-state Rydberg quantum sensor would facilitate integration, compactness and low power consumption. Rydberg states in solids are termed excitons. Recently discovered high Rydberg excitons in semiconductors such as Copper (I) Oxide Cu2O offer a powerful route to all-solid-state quantum sensing technologies. Challenges which must be addressed include impurities, defects and temperature effects. Through an advisory collaboration with the Helmholtz Joint Laboratory in Ottawa and the Canadian industrial partner Quantum Valley Ideas Labs (QVIL) in Waterloo, the Project will develop a globally unique platform, based on time-resolved X-ray spectroscopy, to directly characterize high Rydberg excitons in semiconductors, paving the way to a new generation of solid-state quantum sensor devices.

Les atomes de Rydberg (états supérieurs) constituent une plateforme technologique quantique importante en raison de leurs sections efficaces d'absorption géantes et de leur longue durée de vie : ils sont exceptionnels en raison de leur sensibilité aux champs électromagnétiques à large bande. Les applications actuelles des capteurs quantiques de Rydberg sont fondées sur des atomes alcalins en phase gazeuse, ce qui pose un défi sur le plan de l'intégration. Un capteur quantique de Rydberg à l'état solide faciliterait l'intégration, la compacité et la faible consommation d'énergie. Les états de Rydberg dans les solides sont appelés excitons. Les excitons de Rydberg à haute énergie récemment découverts dans des semi-conducteurs comme l'oxyde de cuivre (I) (Cu2O) offrent une voie prometteuse vers des technologies de détection quantique entièrement à l'état solide. Les défis à relever comprennent les impuretés, les défauts et les effets de la température. Grâce à une collaboration consultative avec le laboratoire conjoint Helmholtz à Ottawa et le partenaire industriel canadien Quantum Valley Ideas Labs (QVIL) à Waterloo, le projet mènera à la mise au point d'une plateforme unique au monde, basée sur la spectroscopie à rayons X résolue en temps, qui servira à caractériser directement les excitons de Rydberg élevés dans les semi-conducteurs, ce qui devrait ouvrir la voie à une nouvelle génération de dispositifs de détection quantique à l'état solide.

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.