Spectroscopie et imagerie pour la photonique quantique avec détection ultrasensible

Énoncé du problème

La spectroscopie quantique est l'un des principaux obstacles au développement de la technologie quantique. La capacité de mesurer les spectres sources à haute sensibilité permet d'identifier les sources de lumière indésirables. Les spectromètres équipés de capteurs matriciels permettent l'acquisition de spectre parallèle et la formation d'images à l'aide de sources quantiques de lumière. ISDE requiert l’acquisition de spectromètres ultrasensibles à travers une gamme de longueurs d'onde, des zones spectrales visibles aux rayonnements infrarouges à ondes courtes (SWIR). Les défis à relever pour atteindre un rapport signal-bruit (RSB) élevé lors de la mesure d'une source donnée varient considérablement d'une zone à l'autre, en raison de facteurs tels que les variations de l'efficacité quantique, le bruit électronique, la taille des pixels et le bruit de scène. Nous sommes à la recherche de pionniers pour élaborer de nouvelles innovations matérielles et de traitement qui améliorent le RSB dans les spectromètres pour les applications de technologie quantique.

Résultats et considérations souhaités

Résultats essentiels (obligatoires)

La solution proposée doit :

• L'efficacité quantique du détecteur de spectromètre doit être supérieure à 60 % pour un intervalle de longueur d'onde continue de 400 nm dans la plage d'exploitation (400 nm-1800 nm).
• Doit être équipé d'un détecteur de réseau d'au moins 200 pixels dans une dimension, d'un pas inférieur à 30 um et d'un facteur de remplissage de pixel effectif supérieur à 10 %.
• Le système de spectromètre doit comprendre des logiciels et du matériel informatique pour l'acquisition et l'affichage de données.
• Le logiciel du spectromètre doit inclure une fonction, une bibliothèque ou une routine pour l'exportation en direct de données vers un logiciel tiers (par exemple MATLAB ou Python).
• Le logiciel du spectromètre doit être disponible pour l'installation sur au moins huit (8) ordinateurs distincts.
• Le spectromètre doit obtenir une résolution inférieure à 20 cm^-1 pour l'acquisition de spectre parallèle sur une plage spectrale supérieure à 1000 cm^-1.
• Le spectromètre doit être équipé d'un ou de plusieurs adaptateurs à fibre optique pour les connecteurs Contrôle prospectif et SMA directs.

Autres résultats

• Le détecteur de spectromètre devrait être compatible avec les supports de montage en forme de C standard de l'industrie.
• Le spectromètre devrait avoir un rendement de transmission d'au moins 40 % entre le port d'entrée et le réseau plan-focal.
• Le spectromètre devrait permettre une commutation automatisée entre les modes suivants : a) résolution inférieure (résolution inférieure à 40 cm^-1) avec portée spectrale élevée (portée > 1000 cm^-1); et b) résolution élevée (résolution inférieure à 4 cm^-1) avec portée spectrale réduite (portée > 200 cm^-1).
• Le spectromètre devrait pouvoir atteindre une résolution spectrale maximale inférieure à 2 cm.
• Le spectromètre devrait permettre l'imagerie spatiale libre sur le port d'entrée.
• La longueur d'onde centrale de la zone de mesure doit être continuellement réglable par commande informatique.
• Le spectromètre doit être accompagné d'une source optique adaptée à l'étalonnage des longueurs d'onde et d'une routine d'étalonnage.
• Le logiciel du spectromètre devrait inclure le tracé en direct des données du spectre avec un écran étalonné de longueur d'onde.
• Le détecteur de spectromètre doit être séparable du spectromètre afin que le détecteur puisse être utilisé comme dispositif d'imagerie.
• Le système devrait être conçu de façon à minimiser l'impact du bruit de fond thermique, y compris tout blindage nécessaire.
• Le détecteur de spectromètre doit atteindre une opérabilité de pixel de > 90 % sur toute la gamme de pixels.
• Dans le cas des spectromètres fonctionnant entre 900 nm et 1800 nm, le détecteur de spectromètre doit avoir un bruit total de moins de 100 électrons par pixel pendant une période d'intégration de 2 secondes lorsque le champ de vision est à 77 Kelvin.
• Pour les spectromètres fonctionnant entre 400 nm et 900 nm, le détecteur doit avoir un bruit total de moins de 8 électrons par pixel pendant un temps d'intégration de 2 secondes lorsque le champ de vision est à 77 Kelvin.
• La spécification du spectromètre devrait représenter une amélioration significative par rapport à l'état de la technique pour un dispositif comparable dans au moins l'une des caractéristiques de performance suivantes : la performance signal-bruit pour un scénario choisi par le demandeur, l'efficacité quantique, la vitesse du détecteur, le temps de récupération du détecteur, le nombre de bruit du détecteur et/ou la capacité à fonctionner sans refroidissement cryogénique.
• Le détecteur de spectromètre devrait démontrer une amélioration de la performance signal-bruit par rapport à l'état de la technique pour une mesure qui serait actuellement limitée par le bruit de détection (y compris le bruit électronique, le bruit foncé et le bruit ambiant).
• Le détecteur de spectromètre devrait avoir un facteur de remplissage effectif supérieur à 70 %.

Renseignements généraux et contexte

Le gouvernement du Canada a identifié la technologie quantique comme l'une des principales possibilités de croissance pour la recherche, le développement et l'industrie au cours des prochaines années. En 2017, McKinsey & Company a classé le Canada au 5e rang mondial pour les dépenses annuelles totales en sciences quantiques (100 millions d'euros) et au 1er rang parmi les pays du G7 pour les dépenses par habitant en recherche quantique (en anglais seulement).

Conformément aux stratégies de développement d'autres pays de premier plan, les ministères du gouvernement du Canada et les organismes subventionnaires mènent l'excellence en recherche et la commercialisation grâce à des investissements stratégiques. Par exemple, le Canada et le Royaume-Uni ont établi un partenariat pour accélérer la commercialisation des technologies quantiques.

Reconnaissant leur rôle probable en tant que pionniers dans l'adoption de la technologie quantique, la Bourse des valeurs canadiennes (CSE), l'Agence spatiale canadienne (ASC) et Recherche et développement pour la défense Canada (RDDC) investissent également dans de nombreux domaines. La technologie quantique photonique est l'une des approches prometteuses de la communication quantique, de la détection quantique et du calcul quantique. La technologie repose sur une génération, une modulation et une détection de photons efficaces, à haute vitesse et précises.

Le Conseil national de recherches du Canada (CNRC) développe une grande variété de technologies photoniques quantiques, notamment des sources de photons, des dispositifs de transduction, des interrupteurs et des mémoires. Ces dispositifs quantiques impliquent la création et la manipulation d'impulsions optiques faibles sur une large gamme de longueurs d'onde, de l'infrarouge visible à l'infrarouge à ondes courtes (400-2500 nm). Souvent, ces dispositifs créent aussi des sources de bruit qui diminuent ou éliminent leur utilité potentielle. L'imagerie ultrasensible et les dispositifs de spectroscopie sont essentiels pour améliorer les dispositifs quantiques, car ils nous permettent de comprendre les spectres de signaux et de bruit.

Au-delà de la spectroscopie, les appareils d'imagerie ultrasonore sont des outils puissants pour la détection quantique. Par exemple, les appareils dotés d'une capacité de détection d'un seul photon permettent l'utilisation de paires de photon entangées pour l'imagerie quantique. Il existe une vaste gamme de détecteurs de réseau dans la zone spectrale infrarouge visible à ondes courtes; on n'effectue pas d'examen ici. Toutefois, le bruit électronique représente un problème persistant dans toutes les technologies de détection. Cela limite notre capacité à mesurer et à caractériser les sources quantiques de lumière.

Nous sommes donc à la recherche de nouveaux détecteurs de réseau et de dispositifs de spectroscopie innovants avec un bruit électronique réduit et/ou de nouvelles fonctions pour améliorer nos capacités de mesure. La recherche en photonique quantique est un secteur actif au Canada et au-delà. Nous prévoyons donc que les nouvelles technologies découlant de ce défi intéresseront de nombreux clients potentiels.

De multiples contrats pourraient résulter de ce Défi.

Phase 1

• Le financement maximal disponible pour tout contrat de la phase 1 résultant de ce programme Défi est de 150 000 $ CA, à l'exclusion des taxes applicables et des frais d'expédition, de déplacement et de subsistance, s'il y a lieu.
• La durée maximale de tout contrat de la phase 1 résultant de ce défi est de 6 mois (à l'exclusion de la présentation du rapport définitif).
• Nombre estimatif de marchés de la phase 1 à adjuger : À déterminer

Phase 2

Remarque : Seules les entreprises admissibles qui auront terminé avec succès la phase 1 seront invitées à soumettre une proposition pour la phase 2.

• Le financement maximal disponible pour tout contrat de la phase 2 résultant de ce défi est de 1 000 000 $ CA, à l'exclusion des taxes applicables et des frais d'expédition, de déplacement et de subsistance, s'il y a lieu.
• La durée maximale de tout contrat de la phase 2 résultant de ce défi est de 24 mois (à l'exclusion de la présentation du rapport définitif).
• Nombre estimatif de contrats de la phase 2 à attribuer : À determiner

Cette divulgation est faite de bonne foi et n’engage pas le Canada à accorder un contrat pour le financement total approximatif. Les décisions définitives quant au nombre de subventions accordées pour les phases 1 et 2 seront prises par le Canada en fonction de facteurs tels que les résultats de l’évaluation, les priorités ministérielles et la disponibilité des fonds.

Déplacements

Aucun déplacement n'est prévu pendant la phase 1. Les réunions de projet se tiendront par vidéoconférence.

Réunion de lancement

La réunion de lancement se fera par vidéoconférence.

Réunions d'étape

Toutes les réunions d'examen de l'avancement des travaux auront lieu par vidéoconférence.

Réunion d'examen final

La réunion d'examen final se tiendra par vidéoconférence.

Les propositions de solutions peuvent uniquement être présentées par une petite entreprise qui satisfait aux critères suivants :

• être à but lucratif
• être constituée au Canada (au fédéral ou au provincial)
• compter au plus 499 employés équivalent temps plein (ETP)^{Note de bas de page **}
• mener des activités de recherche-développement au Canada
• verser présentement au moins 50 % de ses salaires, rémunérations et honoraires annuels à des employés et à des entrepreneurs qui passent la majeure partie de leurs heures de travail au Canada^{Note de bas de page **}
• compter au moins 50 % de ses employés ETP dont le lieu de travail habituel est au Canada^{Note de bas de page **}
• compter au moins 50 % de ses cadres supérieurs (vice-président ou niveaux supérieurs) dont la résidence principale est au Canada^{Note de bas de page **}

La source officielle des critères d'évaluation pour ce défi est le système électronique d'appel d'offres du gouvernement (AchatsCanada).

En cas de divergence entre les informations ci-dessous et les informations publiées sur AchatsCanada, AchatsCanada aura préséance.

Le soumissionnaire doit remplir le formulaire électronique de présentation de la proposition pour le volet Défi, et y fournir assez d'information pour permettre au Canada d'évaluer la proposition par rapport aux critères et au schéma d'évaluation. L'information doit montrer en quoi la solution proposée répond à chaque critère.

Partie 1 : Critères obligatoires

Les propositions doivent satisfaire à tous les critères obligatoires indiqués en obtenant la mention « Réussite » pour passer à la partie 2. Les propositions qui ne satisfont pas à tous les critères obligatoires seront jugées non recevables et seront écartées.

Critères obligatoires et critères cotés avec note minimale de passage

(à satisfaire obligatoirement par la proposition du soumissionnaire)

Partie 2 : Critères cotés

Les propositions doivent atteindre une note minimale de passage de 50 % pour être jugées comme recevables. Les propositions qui n'atteignent pas la note minimale de passage seront déclarées comme non recevables et seront écartées.

Critères cotés

(à satisfaire par la proposition du soumissionnaire)

Toutes les questions concernant ce défi en particulier devraient être adressées à SIC-ISC@tpsgc.gc.ca.

Vous pouvez également consulter la Foire aux questions à propos du programme Solutions innovatrices Canada.

Un lexique est également disponible.