Publié le 21 février 2019
Une équipe internationale de chercheurs dirigée par l'Université Macquarie (Sydney, Nouvelle-Galles du Sud, Australie) a présenté une nouvelle approche permettant de convertir une lumière laser ordinaire en une lumière quantique authentique. Leur approche utilise des films nanométriques d’arséniure de gallium pris en sandwich entre deux miroirs pour manipuler les photons entrants. Les photons interagissent avec des paires électron-trou dans le semi-conducteur, formant de nouvelles particules chimériques appelées polaritons qui possèdent des propriétés à la fois des photons et des paires électron-trou. Les polaritons se désintègrent après quelques picosecondes et les photons qu'ils libèrent présentent des signatures quantiques distinctes. La recherche a été publiée dans la revue Nature Materials.
Alors que ces signatures quantiques sont actuellement faibles, le travail introduit une nouvelle méthode de production de photons uniques à la demande. «La capacité de produire des photons uniques à la demande est extrêmement importante pour les applications futures de la communication quantique et du traitement de l'information quantique optique», a déclaré le professeur agrégé Thomas Volz du Département de physique et astronomie et l'auteur principal du document. «Pensez à un cryptage incassable, des ordinateurs ultra-rapides, des puces informatiques plus efficaces ou même des transistors optiques avec une consommation d'énergie minimale.»
Actuellement, les émetteurs à un seul photon sont généralement créés par l’ingénierie des matériaux, le matériau étant lui-même assemblé de manière à intégrer le comportement «quantique». Mais cette approche standard se heurte à de sérieuses limitations à des échelles de plus en plus petites car Les émetteurs de photons issus de la pure ingénierie des matériaux sont extrêmement difficiles.
«Cela signifie que notre approche pourrait être beaucoup plus adaptée à une mise à l'échelle massive, une fois que nous serons en mesure d'accroître la force des signatures quantiques que nous produisons. » Guillermo Munoz Matutano, également de Macquarie et auteur principal de l’article, explique Guillermo Munoz Matutano.
«Alors que les applications du monde réel sont encore un peu lointaines, notre article décrit un événement majeur que la communauté polariton en particulier attend depuis dix ou quinze ans. Le régime dans lequel les polaritons interagissent si fort qu'ils peuvent imprimer une empreinte quantique Les signatures sur les photons n’ont pas été consultées à ce jour et ouvrent un tout nouveau terrain de jeu aux chercheurs du domaine », déclare Thomas.