Le potentiel d'intrication de photons dans l'informatique quantique et les communications est connu depuis des décennies. L'un des problèmes entravant son application immédiate est le fait que de nombreuses plates-formes d'intrication de photons ne fonctionnent pas dans la plage utilisée par la plupart des formes de télécommunication.

Une équipe internationale de chercheurs a commencé à percer les mystères des photons intriqués, démontrant une nouvelle technique à l'échelle nanométrique qui utilise des points quantiques semi-conducteurs pour plier les photons aux longueurs d'onde utilisées par les normes populaires de bande C d'aujourd'hui. Ils rapportent leur travail cette semaine dans Lettres de physique appliquée .

"Nous avons démontré pour la première fois l'émission de photons intriqués en polarisation à partir d'une boîte quantique à 1550 nanomètres, " a déclaré Simone Luca Portalupi, l'un des auteurs de l'ouvrage et chercheur principal à l'Institut d'optique des semi-conducteurs et d'interfaces fonctionnelles de l'Université de Stuttgart. "Nous sommes maintenant sur la longueur d'onde qui peut réellement transporter la communication quantique sur de longues distances avec la technologie de télécommunication existante."

Les chercheurs ont utilisé des points quantiques créés à partir d'une plate-forme d'arséniure d'indium et d'arséniure de gallium, produisant des photons uniques purs et des photons intriqués. Contrairement aux techniques de down-conversion paramétriques, les points quantiques permettent d'émettre des photons un seul à la fois et à la demande, propriétés cruciales pour l'informatique quantique. Un réflecteur de Bragg distribué, qui est fabriqué à partir de matériaux multicouches et réfléchit sur un large spectre, ensuite dirigé les photons vers un objectif de microscope, permettant de les collecter et de les mesurer.

Des chercheurs et des chefs de file de l'industrie ont découvert que la bande C, une gamme spécifique de longueurs d'onde infrarouges, est devenue un point idéal électromagnétique dans les télécommunications. Les photons traversant à la fois les fibres optiques et l'atmosphère dans cette plage subissent une absorption nettement inférieure, ce qui les rend parfaits pour relayer des signaux sur de longues distances.

"La fenêtre de la bande C des télécommunications a l'absorption minimale absolue que nous pouvons atteindre pour la transmission du signal, " a déclaré Fabian Olbrich, un autre des auteurs de l'article. "Comme les scientifiques ont fait des découvertes, l'industrie a amélioré la technologie, qui a permis aux scientifiques de faire plus de découvertes, et donc maintenant nous avons une norme qui fonctionne très bien et a une faible dispersion."

Les photons les plus intriqués provenant de points quantiques, cependant, fonctionner à près de 900 nanomètres, plus proche des longueurs d'onde que nous pouvons voir à l'œil nu.

Les chercheurs ont été impressionnés par la qualité du signal, dit Olbrich. D'autres efforts pour déplacer la longueur d'onde d'émission des photons intriqués par polarisation des points quantiques vers la bande C ont eu tendance à augmenter la division de la structure fine des excitons (FSS), une quantité qui devrait être proche de zéro pour la génération d'enchevêtrement. L'équipe d'Olbrich rapporte que leur expérience a connu moins d'un cinquième autant de FSS que d'autres études dans la littérature.

"La chance de trouver une boîte quantique capable d'émettre des photons intriqués en polarisation avec une haute fidélité est assez élevée pour notre étude spécifique, " a déclaré Olbrich.

A chaque expérience réussie, la communauté des communications quantiques voit son champ se pencher vers une plus grande applicabilité dans l'industrie des télécommunications d'aujourd'hui. Les chercheurs espèrent qu'un jour, les photons intriqués auront un impact sur la cryptographie et les communications par satellite sécurisées.

"Le plus dur est maintenant de combiner tous les avantages du système et de remplir des conditions préalables telles qu'une haute indiscernabilité des photons, fonctionnement à haute température, augmentation du flux de photons et de l'efficacité de couplage qui les ferait fonctionner, " a déclaré Olbrich.