Les scientifiques ont réussi à contrôler les quanta de lumière individuels à très grande vitesse

La base des technologies de communication actuelles est constituée d’ondes lumineuses et sonores. Tandis que les ondes sonores à l'échelle nanométrique sur les semi-conducteurs traitent les signaux à des fréquences de l'ordre du gigahertz pour une transmission sans fil, les fibres de verre associées à la lumière laser créent le World Wide Web.

L'une des questions les plus urgentes pour l'avenir est de savoir comment ces technologies peuvent être étendues aux systèmes quantiques pour créer des systèmes sécurisés (c'est-à-dire sans robinet) communication quantique réseaux.

Les quanta de lumière ou photons jouent un rôle très central dans le développement des technologies quantiques.

Une équipe de scientifiques allemands et espagnols de Valence, Münster, Augsbourg, Berlin et Munich a réussi à contrôler des quanta de lumière individuels avec un degré de précision extrêmement élevé. Leur étude utilise une onde sonore pour changer d'individu photons sur une puce entre deux sorties à des fréquences gigahertz.

C’est la première fois que les scientifiques démontrent une nouvelle méthode pouvant être utilisée pour les technologies quantiques acoustiques ou les réseaux photoniques intégrés complexes.

Le physicien Hubert Krenner, qui dirige l'étude en Münster et Augsbourg, dit : « Notre équipe a désormais réussi à générer des photons individuels sur une puce de la taille d'une vignette, puis à les contrôler avec une précision sans précédent, cadencés avec précision au moyen de les ondes sonores. »

Le Dr Mauricio de Lima, qui fait des recherches à l'Université de Valence et coordonne les travaux qui y sont effectués, ajoute : « Le principe de fonctionnement de notre puce nous était connu en ce qui concerne la lumière laser conventionnelle, mais aujourd'hui, grâce aux quanta de lumière, nous avons réussi à réaliser la percée tant souhaitée vers technologies quantiques. »

Dans le cadre de cette étude, les scientifiques ont fabriqué une puce dotée de minuscules « chemins conducteurs » pour les quanta de lumière, appelés guides d'ondes. Ces derniers sont environ 30 fois plus fins que les cheveux humains. La puce contient également des sources de lumière quantique, appelées points quantiques. 

Le Dr Matthias Weiß de l'Université de Münster a réalisé les expériences optiques et a ajouté : « Ces points quantiques, d’une taille de quelques nanomètres seulement, sont des îlots à l’intérieur des guides d’ondes qui émettent lumière sous forme de photons individuels. Les points quantiques sont inclus dans notre puce, nous n'avons donc pas besoin d'utiliser des méthodes compliquées pour générer des photons individuels au moyen d'une autre source.

Le Dr Dominik Bühler, qui a conçu les puces quantiques dans le cadre de son doctorat. de l'Université de Valence, souligne la rapidité de la technologie : "En utilisant des ondes sonores à l'échelle nanométrique, nous pouvons commuter directement les photons de la puce entre deux sorties à une vitesse sans précédent lors de leur propagation dans les guides d'ondes."

Le Dr Mauricio de Lima, en regardant vers l'avenir, a déclaré : "Nous travaillons déjà d'arrache-pied pour améliorer notre puce afin de pouvoir programmer l'état quantique des photons à notre guise ou même contrôler plusieurs photons de couleurs différentes entre quatre sorties ou plus."

Prof. Hubert Krenner ajoute, « Nous bénéficions ici d'une force unique que possèdent nos ondes sonores à l'échelle nanométrique : comme ces ondes se propagent pratiquement sans perte à la surface de la puce, nous pouvons contrôler avec précision presque autant de guides d'ondes que nous le souhaitons avec une seule onde – et à un niveau extrêmement élevé. haut degré de précision. »

Références de revues :

1. Dominik D. Bühler, Matthias Weiß, Antonio Crespo-Poveda, Emeline DS Nysten, Jonathan J. Finley, Kai Müller, Paulo V. Santos, Mauricio M. de Lima Jr., HJ Krenner (2022) : Génération et dynamique sur puce rotation piézo-optomécanique de photons uniques. Nature Communications 13, DOI : 10.1038/s41467-022-34372-9