Reference number : 172-2025-2026-Q3-1036449, amendment number : , agreement type : G, recipient legal name : Quantum Valley Ideas Laboratories, recipient country : CA, recipient province : ON, recipient city : Waterloo|Waterloo, recipient postal code : N2L 0A9, program name english : Collaborative Science, Technology and Innovation Program - Collaborative R&D Initiatives, program name french : Programme de collaboration en science, en technologie et en innovation - Initiatives de collaboration en R-D, program purpose english : 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., program purpose french : 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., agreement title english : A Two-Photon Cesium Optical Clock, agreement title french : Une horloge optique à deux photons au césium, agreement number : 1036449, agreement value : 411266.0, agreement start date : 2025-12-16, agreement end date : 2028-03-31, description english : Despite their unmatched precision, modern laboratory optical clocks like the strontium lattice clock are unlikely to become portable in the near future. Many important applications, e.g., radar, communications, and navigation, require fieldable devices with volumes of <50 liters and fractional frequency instabilities that are ≤ 10-13 /√τ. √τ is the square root of the integration time, i.e., clocks with 1s instabilities of around 10-13. For modern technological needs, compact portable optical clocks are the best candidates for low frequency instability, but current models, which achieve 10⁻¹³/√τ performance, are costly, not available for general purchase, and have no Canadian vendors. Currently, QVIL is developing a two-photon Cesium (Cs) optical clock for stabilization of a gravimeter. The current setup has demonstrated an instability of < 5 x 10-13/ √τ after around one year of work. The Project seeks to take the promising results obtained so far on the Cs two-photon clock and develop a portable, two-photon Cs optical clock to replace active Hydrogen masers. QVIL’s product will be improved to surpass the maser's accuracy. The Project team focuses on accelerating the design for a vapor cell capable of collecting the maximum amount of fluorescence, increasing the signal-to-noise of the optical frequency reference which is inversely proportional to the instability of the clock. Improving the signal-to-noise allows laser power to be reduced which decreases Stark shifts, a major limitation of current optical clocks. The Project team works to accelerate the integration of proprietary Kerr frequency combs, for converting the optical frequency to countable radio frequencies, with the optical frequency reference. The Project develops a plan for improvements in size, weight power and cost (SWaP-C) reduction of the clock. Post-project, QVIL will launch a spin-off to manufacture the Cs optical clock in Canada, establish a precision timing company for diverse applications, and pursue follow-on projects to shrink the device to chip scale., description french : Malgré leur précision inégalée, les horloges optiques modernes de laboratoire, telles que l’horloge à réseau de strontium, ont peu de chances de devenir portables dans un avenir proche. De nombreuses applications importantes, telles que les radars, les communications et la navigation, nécessitent des appareils pouvant être utilisés sur le terrain, d’un volume inférieur à 50 litres et présentant une instabilité de fréquence fractionnaire inférieure ou égale à 10-13/√τ. √τ est la racine carrée du temps d’intégration, c’est-à-dire des horloges présentant une instabilité d’environ 10-13 par seconde. Pour les besoins technologiques modernes, les horloges optiques compactes et portables sont les meilleures candidates pour une faible instabilité de fréquence, mais les modèles actuels qui atteignent des performances de 10⁻¹³/√τ sont coûteux, ne sont pas disponibles à la vente au grand public et n’ont aucun fournisseur canadien. Actuellement, QVIL développe une horloge optique à deux photons au césium (Cs) pour la stabilisation d’un gravimètre. La configuration actuelle a démontré une instabilité inférieure à 5 x 10-13/√τ après environ un an de travail. Le projet vise à tirer parti des résultats prometteurs obtenus jusqu’à présent sur l’horloge à deux photons au Cs et à développer une horloge optique à deux photons au Cs portable pour remplacer les masers à hydrogène actifs. Le produit de QVIL sera amélioré afin de surpasser la précision du maser. L’équipe du projet se concentre sur l’accélération de la conception d’une cellule à vapeur capable de capter le maximum de fluorescence, augmentant ainsi le rapport signal/bruit de la référence de fréquence optique, qui est inversement proportionnel à l’instabilité de l’horloge. L’amélioration du rapport signal/bruit permet de réduire la puissance du laser, ce qui diminue les décalages de Stark, une limitation majeure des horloges optiques actuelles. L’équipe du projet s’efforce d’accélérer l’intégration de peignes de fréquence Kerr exclusifs, destinés à convertir la fréquence optique en fréquences radio mesurables, avec la référence de fréquence optique. Le projet élabore un plan visant à réduire la taille, le poids, la puissance et le coût (SWaP-C) de l’horloge. À l’issue du projet, QVIL lancera une entreprise dérivée pour fabriquer l’horloge optique au Cs au Canada, créera une société de chronométrage de précision pour diverses applications et poursuivra des projets de suivi afin de réduire la taille du dispositif à celle d’une puce., expected results english : 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., expected results french : 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., additional information english : nan, additional information french : nan, owner organization : nrc-cnrc, owner organization title : National Research Council Canada | Conseil national de recherches Canada