Un émetteur quantique placé au centre d'une antenne hybride métal-diélectrique, conçu pour une émission de photons hautement directionnelle. La structure unique de l'antenne permet aux photons d'être efficacement couplés directement dans une fibre optique, présentant une amélioration cruciale de la technologie de photonique quantique avec des implications pour les communications sécurisées et les applications avancées d'informatique quantique. Crédit : Alexandre Nazarov
Une nouvelle étude menée par l’Université Hébraïque a réalisé une percée significative en intégrant avec succès desphoton sources en petits copeaux qui fonctionnent à température ambiante. Ce développement marque une avancée cruciale dans le domaine de la photonique quantique, ouvrant des possibilités d'utilisation dans l'informatique quantique et la cryptographie. Il s’agit d’une réalisation clé dans la création de dispositifs photoniques quantiques utilisables, signalant des perspectives optimistes quant à la réalisation complète des technologies quantiques, notamment l’informatique, la communication et la détection.
Une étude récente, dirigée par Boaz Lubotzky lors de son doctorat. La recherche, en collaboration avec le professeur Ronen Rapaport de l'Institut de physique Racah de l'Université hébraïque de Jérusalem, en collaboration avec des équipes du Laboratoire national de Los Alamos (LANL) aux États-Unis et de l'Université d'Ulm en Allemagne, a dévoilé une avancée significative vers la recherche sur -intégration sur puce de sources monophotons à température ambiante. Cette réalisation représente une avancée significative dans le domaine de la photonique quantique et est prometteuse pour diverses applications, notamment l'informatique quantique, la cryptographie et la détection.
Innovation dans la conception d'antennes
L’innovation clé réside dans la mise en œuvre d’une antenne hybride métal-diélectrique, qui offre une directionnalité photonique exceptionnelle. Cette nouvelle conception d'antenne permet une rétro-excitation efficace des photons en plaçant l'émetteur dans un trou sub-longueur d'onde positionné au centre de l'antenne. Cette configuration permet à la fois une rétro-excitation directe et un couplage frontal très efficace de l'émission vers des optiques ou des fibres optiques à faible ouverture numérique.
L'étude démontre la polyvalence de ce concept en fabriquant des dispositifs contenant soit des points quantiques colloïdaux, soit des nanodiamants contenant des centres de silicium vacants, tous deux étant d'excellents émetteurs de photons uniques, même à température ambiante. Ces émetteurs ont été positionnés avec précision à l’aide de deux méthodes de nanopositionnement distinctes.
Source de photons uniques couplée à une fibre. Crédit : Swati Foujdar
Remarquablement, les deux types de dispositifs rétro-excités présentaient des efficacités de collecte frontale d'environ 70 % à des ouvertures numériques aussi basses que 0,5. Cela signifie que l'on peut utiliser des éléments optiques très simples et compacts tout en collectant la plupart des photons dans le canal souhaité, ou envoyer avec précision les photons émis dans une fibre optique à proximité sans avoir besoin d'optique de couplage supplémentaire. Il s’agit d’un ingrédient clé dans l’intégration de sources de lumière quantique dans de véritables systèmes quantiques. Ce processus rationalisé promet de simplifier les futurs efforts d’intégration et d’accélérer la réalisation de dispositifs photoniques quantiques pratiques.
Boaz Lubotzky a commenté l'importance de cette réalisation en déclarant : « En surmontant les principaux défis associés à l'intégration sur puce de sources de photons uniques, nous avons ouvert de nouvelles possibilités passionnantes pour le développement de technologies quantiques avancées. »
L'intégration réussie de sources à photons uniques sur de minuscules puces à température ambiante, obtenue grâce à l'utilisation innovante d'une antenne hybride métal-diélectrique, a des applications immédiates pour faire progresser la cryptographie quantique pour une communication sécurisée, améliorer les technologies de détection et rationaliser le processus d'intégration pour des applications pratiques. dispositifs photoniques quantiques. Les résultats de l'étude ouvrent la porte à des applications commerciales et au développement de nouveaux produits dans le domaine en plein essor des technologies quantiques.
