Un intérêt considérable pour les nouvelles technologies de détecteurs à photon unique s'est accru au cours de la dernière décennie. De nos jours, les applications d'optique quantique et d'information quantique sont, entre autres, l'un des principaux précurseurs du développement accéléré des détecteurs monophotoniques. Capable de détecter une augmentation de la température d'un photon individuel absorbé, ils peuvent être utilisés pour nous aider à étudier et à comprendre, par exemple, formation de galaxies à travers le fond infrarouge cosmique, observer l'intrication de qubits supraconducteurs ou améliorer les méthodes de distribution de clés quantiques pour des communications ultra-sécurisées.

Les détecteurs actuels sont efficaces pour détecter les photons entrants qui ont des énergies relativement élevées, mais leur sensibilité diminue drastiquement pour les basses fréquences, photons de basse énergie. Dans les années récentes, le graphène s'est avéré être un photo-détecteur exceptionnellement efficace pour une large gamme du spectre électromagnétique, permettant de nouveaux types d'applications pour ce domaine.

Ainsi, dans un article récent publié dans la revue Examen physique appliqué , et mis en évidence dans APS Physics, Chercheur ICFO et chef de groupe Prof. Dmitri Efetov, en collaboration avec des chercheurs de l'Université Harvard, MIT, Raytheon BBN Technologies et Université des sciences et technologies de Pohang, ont proposé l'utilisation de jonctions Josephson (GJJ) à base de graphène pour détecter des photons uniques dans un large spectre électromagnétique, allant du visible au bas de gamme des fréquences radio, dans la gamme gigahertz.

Dans leur étude, les scientifiques ont imaginé une feuille de graphène placée entre deux couches supraconductrices. La jonction Josephson ainsi créée permet à un supercourant de traverser le graphène lorsqu'il est refroidi à 25 mK. Dans ces conditions, la capacité calorifique du graphène est si faible, que lorsqu'un seul photon frappe la couche de graphène, il est capable de chauffer le bain d'électrons de manière si significative, que le supercourant devient résistif, ce qui donne globalement lieu à une pointe de tension facilement détectable à travers l'appareil. En outre, ils ont également constaté que cet effet se produirait presque instantanément, permettant ainsi la conversion ultrarapide de la lumière absorbée en signaux électriques, permettant une réinitialisation et une lecture rapides.

Les résultats de l'étude confirment que l'on peut s'attendre à des progrès rapides dans l'intégration du graphène et d'autres matériaux 2D avec les plateformes électroniques conventionnelles, comme dans les puces CMOS, et montre une voie prometteuse vers des matrices d'imagerie à résolution de photons uniques, applications de traitement de l'information quantique des photons optiques et hyperfréquences, et d'autres applications qui bénéficieraient de la détection quantique limitée des photons de basse énergie.