À mesure que la demande de transmission de données plus sécurisée augmente, les technologies de communication conventionnelles sont confrontées à des limitations imposées par la physique classique et approchent donc de leurs limites en termes de sécurité. Heureusement, la communication quantique peut nous aider à surmonter ces restrictions.
La communication quantique exploite la nature quantique de la lumière en utilisant des photons uniques comme porteurs d'information. Il s'agit d'une approche fondamentalement différente des technologies de communication conventionnelles et a le potentiel de conduire au développement de systèmes de communication sécurisés et à haute performance.
Ces futures technologies quantiques nécessiteront de nouvelles sources d'émission à photons uniques. Récemment, des semi-conducteurs bidimensionnels extrêmement minces avec une épaisseur de seulement quelques couches atomiques ont montré un grand potentiel en raison de leurs excellentes propriétés électriques et optiques. Bien que l'augmentation de l'efficacité d'une telle génération de photons uniques soit extrêmement importante, la capacité de ces matériaux et sa stratégie n'avaient pas été approfondies.
Cela a inspiré une équipe de chercheurs de l'Université de Kyoto pour enquêter sur ce qu'ils prédisaient peut être une source d'émission à photon unique fonctionnelle. Ils ont émis l'hypothèse qu'un semi-conducteur dans le désélénide de tungstène monocouche, dans lequel ils introduisaient un seul défaut, lieraient les excitons – paires d'électrons-trous – au défaut et émettaient un seul photon. L'étude est publiée dans la revue Avancées scientifiques.
Pour réaliser cette idée, l'équipe a préparé un échantillon de désélénide de tungstène monocouche, le chauffant pour introduire un petit nombre de défauts et pour briser artificiellement la symétrie cristalline, ce qui a entraîné deux pics de luminescence distincts représentant des excitons lumineux et des excitons sombres.
Les chercheurs ont ensuite mesuré la luminescence et la corrélation des photons à une température d'environ -265 ° C, en appliquant un champ magnétique externe pour contrôler l'émission, révélant que l'intensité des émissions a considérablement augmenté même lorsqu'ils ont appliqué un champ magnétique relativement faible.
À l'aide de mesures de corrélation de photons, l'équipe a également observé que la lumière émise a démontré des antiboupages de photons, indiquant que les photons sont émis un par un. Cela suggère que, même dans un champ magnétique, il peut fonctionner comme une source à photon unique, et que le champ magnétique peut améliorer l'efficacité de la génération de photons uniques.
« Ceci est significatif car il montre que les émissions de photons uniques peuvent être générées et manipulées avec un champ magnétique externe dans un semi-conducteur bidimensionnel, le révélant comme une plate-forme prometteuse pour le développement de dispositifs d'information quantique sécurisés, efficaces et compacts », a déclaré le chef d'équipe Kazunari Matsuda.
