| Cel projektu | Technologie kwantowe to różnorodne praktyczne zastosowania niezwykłych własności świata kwantów. Rozwiązania te pozwalają przezwyciężyć ograniczenia urządzeń, których działanie oparte jest na zjawiskach opisanych prawami fizyki klasycznej. Dzięki mechanice kwantowej możliwe jest na przykład konstruowanie niezawodnych systemów bezpieczeństwa informacji lub superczułych detektorów chemicznych i biologicznych. Szczególnie obiecującą platformą dla technologii kwantowych jest optyka zintegrowana. Specjalne chipy fotoniczne zbudowane z falowodów wykonanych w nieliniowych kryształach są w optyce tym, czym układy scalone w elektronice: umożliwiają budowanie systemów o nieosiągalnym dotąd stopniu złożoności, miniaturyzacji i kontroli parametrów funkcjonowania.
Obiektem studiów w projekcie jest nowa, kwantowo-optyczna zintegrowana platforma czasowo-częstotliwościowa, która niedawno stała się przedmiotem intensywnych badań w najlepszych laboratoriach na świecie. Pozwala ona wytworzyć serie pojedynczych fotonów, które są dodatkowo kształtowane w dziedzinie częstotliwości. Naszym celem jest opracowanie specjalistycznych metod teoretycznych do analizowania tej platformy, rozwinięcie jej funkcjonalności oraz zastosowanie w wybranych technologiach kwantowych o dużym znaczeniu praktycznym. Optyka zintegrowana będzie użyta do badania złożonej kwantowej interferencji światła jak również oddziaływania fotonów z nanomateriałem o ogromnym potencjale ? grafenem. Wydział Fizyki UW stanie się pierwszym polskim ośrodkiem dysponującym taką aparaturą we własnym laboratorium kwantowo-optycznym. Będzie to możliwe dzięki współpracy naukowej z Uniwersytetem Oxfordzkim oraz Uniwersytetem Paderborn, które są wiodącymi ośrodkami w zakresie technologii optyki zintegrowanej, a także z Laboratorium Grafenowym Politechniki Warszawskiej i firmą Raith GmbH, które przygotują próbki grafenu. Zespół będzie także ściśle współpracować z doskonałym środowiskiem naukowym Wydziału, w szczególności z Zakładem Optyki, Katedrą Fizyki Materii Skondensowanej oraz Zakładem Fizyki Ciała Stałego.
Drugim ważnym celem projektu jest powołanie nowego zespołu badawczego. Młodzi naukowcy odbędą szkolenia u partnerów zagranicznych, zbudują aparaturę a następnie zastosują ją do innowacyjnych badań. Wynikiem ich pracy będą doktoraty i unikalna, praktyczna wiedza. Kierownikiem projektu i jednym z partnerów naukowych są kobiety, co mam nadzieję zachęci panie do studiowania tej ciekawej gałęzi wiedzy. |
| Planowane efekty | Układy optyki zintegrowanej charakteryzują się niewielkimi rozmiarami, odpornością na warunki zewnętrzne oraz dużą wydajnością. Upatruje się w nich możliwość przezwyciężenia ograniczeń współczesnej elektroniki. Chcemy, aby nasz młody zespół wniósł wkład do międzynarodowych prac nad nową kwantową platformą czasowo-częstotliwościową, które zaowocują nowymi odkryciami i poszukiwaniami ciekawych zastosowań fotonicznych technologii kwantowych. Platforma ta może stać się istotnym składnikiem tzw. ?drugiej rewolucji kwantowej?, czyli upowszechnienia technologii kwantowych w życiu codziennym.
Zbudowany w ramach projektu prototyp prostego, niezawodnego kwantowego generatora liczb losowych przewyższy jakością losowości dotychczas stosowane źródła oparte na np. szumie termicznym. Liczby losowe są niezbędne np. w protokołach bezpieczeństwa informacji, do tworzenia haseł jednorazowych, autoryzacji transakcji. Szczególną rolę pełnią w kryptografii, do zabezpieczania transmisji danych w Internecie i w telekomunikacji. Praca nad generatorem przyczyni się więc do poprawy naszego bezpieczeństwa. Liczby losowe są także stosowane w inżynierii i nauce, np. w obróbce dużych zbiorów danych Big Data, algorytmach obliczeniowych Monte Carlo i przetwarzaniu rozproszonym w Internecie.
Zbadanie interakcji kwantowego światła z grafenem będzie pierwszym krokiem w kierunku rozwoju optoelektroniki opartej na grafenie. W przyszłości, grafen może znaleźć zastosowanie w konstrukcji nowej generacji wyświetlaczy, kamer, elastycznych ekranów dotykowych, w których mógłby zastąpić drogie pierwiastki należące do grupy tzw. ziem rzadkich. Oczekuje się, że grafenowe matryce światłoczułe będą stosowane w kamerach pracujących w podczerwieni np. w samochodach, w celu wykrywania pieszych.
Użycie nanostruktur grafenowych do kwantowej plazmoniki w paśmie 1550 nm jest bardzo oczekiwane przez środowisko naukowe, które dzięki temu uzyskałoby dostęp do nowych nanomateriałów o ciekawych własnościach optycznych. Badania te mogą otworzyć drogę do budowy tanich, ultraczułych sensorów chemicznych i biologicznych, które zastąpią obecne, oparte na metalach szlachetnych. Sensory znalazłyby zastosowanie w systemach wykrywania zanieczyszczeń powietrza i wody oraz wirusów i bakterii. |
Narodowe Centrum Nauki
Research Executive Agency
Fundacja na rzecz Nauki Polskiej
Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego
Narodowa Agencja Wymiany Akademickiej
