Silicon Integrated QUantum Emitter Strain deTection

I prosjektet “Silicon Integrated QUantum Emitter Strain deTection” (SiQUEST) så er planen å konvergere kunnskap fra defekter i halvledere med egenskaper som en-foton-kilder, med ring-resonatorer, bølgeledere og en-foton-skred-detektorer (SPAD). Dette gjøres i en søken etter å utvikle en Si-basert kvante-sensor-plattform. Punktdefekt-basert kvanteteknologi er basert på to sentrale egenskaper: manipulasjon av spinn-tilstander til en defekt og egenskapene til de utsendte enkeltfotonene. Det siste er spesielt følsomt for små endringer i internt stress i halvledermaterialer, noe som kan brukes til å måle f.eks trykkforskjeller i en silisium-membran. For å kunne integrere en-foton-kildene i en Si-basert sensor har vi foreslått å bruke aluminiumnitrid (AlN). Dette materialet kan brukes til å både lage defekter som virker som en-foton-kilder, men også som bølgeleder på toppen av et mikroelektromekanisk system (MEMS). Dette kan kombineres med en integrert en-foton-detektor (SPAD) for å lage en "on-chip" plattform for kvantesensing. På denne måten kommer SiQuest til å kombinere kompetanse fra flere felt for å åpne opp nye muligheter for å løfte kvanteteknologi høyere på TRL-skalaen og samtidig åpne for grunnleggende studier av en-foton-kilder i AlN. SiQUEST vil bli ledet fra SINTEF, men ha med seg forskere fra UiO, Justervesenet og Kongsberg Discovery. Arbeidet vil i stor grad foregå i den nasjonale infrastrukturen NorFab. Alle partnerne har strategisk interesse i å bidra til utviklingen av kvantesensorer som et nøkkelfelt i Norge. Prosjektet vil også ta for seg studier av selve innovasjonsprosessen og se på etiske aspekter ved fremtidig implementering av kvantesensorer.

In “Silicon Integrated QUantum Emitter Strain deTection” (SiQUEST) we aim to converge knowledge of single-photon emitter (SPE) defects, with ring resonators, waveguides and single photon avalanche detectors (SPAD), in a quest for a Si-based quantum sensing platform. Point defect based QT relies on two key characteristics: manipulation of the spin state of a defect and the SPE property. SPEs are promising for quantum sensing as the emission spectrum responds rapidly to minuscule changes in surrounding, like strain. To successfully integrate SPEs with sensing devices fabricated on the most important semiconductor platform, Si, we propose to develop aluminium nitride, which can be used both as an SPE host and as waveguide on top of a MEMS device. This will be combined with SPAD to form an on-chip platform for quantum sensing. Hence, SiQUEST is converging several enabling technologies in a targeted effort to bring quantum technology to higher technology readiness levels, and at the same time form a platform for fundamental research into quantum emitters and SPE’s. The project comprises of 6 work packages, including 4 technical, one related to innovation and societal risks, and one for project management and dissemination. Converging all these technologies into one functional device is highly ambitious and with high risk, however, the reward even with only partial success on the ambition of SiQUEST is high, both for the partners, Norwegian industry and science in general. The research team consists of Sintef, University of Oslo, Kongsberg Discovery and Justervesenet. All with high strategic interest in developing quantum sensing as a field in Norway. Quantum technology is furthermore among the fields pointed to in both the national strategy for AI and in the European chips act, as key areas for further development.