Émetteurs de lumière pour circuits quantiques –

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  • La promesse d’un Internet quantique dépend de la complexité de l’exploitation de la lumière pour transmettre des informations quantiques sur des réseaux à fibre optique. Un pas en avant potentiel a été signalé aujourd’hui par des chercheurs suédois qui ont développé des puces intégrées capables de générer des particules légères à la demande et sans besoin de réfrigération extrême.

    L’informatique quantique repose aujourd’hui sur des états de la matière, c’est-à-dire des électrons qui transportent des qubits d’informations pour effectuer plusieurs calculs simultanément, en une fraction du temps qu’il faut avec le calcul classique.

    Le co-auteur de la recherche, Val Zwiller, professeur au KTH Royal Institute of Technology, affirme que pour intégrer de manière transparente l’informatique quantique aux réseaux à fibre optique – qui sont utilisés aujourd’hui par Internet – une approche plus prometteuse pour exploiter les photons optiques.

    «L’approche photonique offre un lien naturel entre la communication et le calcul», dit-il. “C’est important, car l’objectif final est de transmettre les informations quantiques traitées à l’aide de la lumière.”

    Mais pour que les photons fournissent des qubits à la demande dans les systèmes quantiques, ils doivent être émis de manière déterministe plutôt que probabiliste. Cela peut être accompli à des températures extrêmement basses dans des atomes artificiels, mais aujourd’hui, le groupe de recherche du KTH a signalé un moyen de le faire fonctionner dans des circuits intégrés optiques – à température ambiante.

    La nouvelle méthode permet aux émetteurs de photons d’être positionnés avec précision dans des circuits optiques intégrés qui ressemblent à des fils de cuivre pour l’électricité, sauf qu’ils transportent de la lumière à la place, explique le co-auteur de la recherche, Ali Elshaari, professeur associé au KTH Royal Institute of Technology.

    Les chercheurs ont exploité les propriétés d’émission de photons uniques du nitrure de bore hexagonal (hBN), un matériau en couches. Le hBN est un composé couramment utilisé dans les céramiques, alliages, résines, plastiques et caoutchoucs pour leur conférer des propriétés autolubrifiantes. Ils ont intégré le matériau à des guides d’ondes en nitrure de silicium pour diriger les photons émis.

    Les circuits quantiques avec lumière fonctionnent soit à des températures cryogéniques – plus 4 Kelvin au-dessus du zéro absolu – en utilisant des sources de photons uniques en forme d’atome, soit à température ambiante en utilisant des sources aléatoires à photons uniques, dit Elshaari. En revanche, la technique développée au KTH permet des circuits optiques avec émission à la demande de particules lumineuses à température ambiante.

    «Dans les circuits optiques existants fonctionnant à température ambiante, vous ne savez jamais quand le photon unique est généré à moins que vous ne fassiez une mesure annonciatrice», explique Elshaari. “Nous avons réalisé un processus déterministe qui positionne précisément les émetteurs de particules de lumière fonctionnant à température ambiante dans un circuit photonique intégré.”

    Les chercheurs ont rapporté le couplage d’un émetteur photonique unique hBN à des guides d’ondes en nitrure de silicium, et ils ont développé une méthode pour imager les émetteurs quantiques. Ensuite, dans une approche hybride, l’équipe a construit les circuits photoniques par rapport aux emplacements des sources quantiques en utilisant une série d’étapes impliquant la lithographie et la gravure par faisceau d’électrons, tout en préservant la nature de haute qualité de la lumière quantique.

    Cette réalisation ouvre la voie à l’intégration hybride, c’est-à-dire à l’incorporation d’émetteurs à photon unique de type atome dans des plates-formes photoniques qui ne peuvent pas émettre de lumière efficacement à la demande.

    Source de l’histoire:

    Matériaux fourni par KTH, Institut royal de technologie. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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