Les chercheurs ont démontré la première diode électroluminescente (DEL) quantique qui émet des photons uniques et des paires de photons intriqués avec une longueur d'onde d'environ 1550 nm, qui se situe dans la fenêtre de télécommunications standard. Une source de photons uniques qui fonctionne à cette longueur d'onde devrait servir de composant clé dans les futurs réseaux quantiques, systèmes de communication quantique longue distance, dispositifs de cryptographie quantique, et d'autres applications.

Les chercheurs, Tina Muller et al., chez Toshiba Research Europe Limited, l'Université de Sheffield, et l'Université de Cambridge, ont publié un article sur la nouvelle source de lumière quantique dans un récent numéro de Communication Nature .

"Pour la première fois, les dispositifs quantiques peuvent répondre aux exigences fondamentales des systèmes de distribution de clés quantiques et de communication quantique de pointe, " Müller a dit Phys.org .

La capacité à émettre des photons uniques et des paires de photons intriqués dans la fenêtre des télécommunications est depuis longtemps un objectif dans le domaine de l'optique quantique. Bien qu'il existe une variété de sources lumineuses différentes qui peuvent émettre des photons uniques et intriqués (des atomes individuels aux centres de couleur du diamant), jusqu'à présent, ils étaient largement limités à des longueurs d'onde plus courtes qui ne conviennent pas aux applications de réseaux quantiques.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont fabriqué des dispositifs à points quantiques électroluminescents à base de phosphure d'indium, un matériau actuellement utilisé dans les lasers à points quantiques pour générer une lumière laser avec une longueur d'onde de 1550 nm. Pour permettre à ce matériau d'émettre des photons uniques et des paires de photons intriqués à cette longueur d'onde, les chercheurs ont utilisé une méthode de croissance appelée épitaxie en phase vapeur métalorganique pour faire croître des gouttelettes individuelles de points quantiques de phosphure d'indium, " qui constituent la base des LED quantiques.

Un autre avantage des nouvelles LED quantiques est qu'elles peuvent fonctionner à des températures allant jusqu'à 93 K, ce qui est nettement plus élevé que les températures de fonctionnement d'autres sources de lumière quantique. Une température de fonctionnement plus élevée permet une intégration plus facile avec les appareils existants, et les chercheurs s'attendent à ce que la température de fonctionnement des nouveaux appareils puisse être encore améliorée avec quelques modifications.

Aller de l'avant, les chercheurs prévoient que les nouvelles LED quantiques auront un impact significatif sur le développement de la technologie des réseaux quantiques, y compris l'internet quantique. Par exemple, les dispositifs peuvent être intégrés à des relais et répéteurs quantiques pour étendre la portée des réseaux quantiques. Les chercheurs s'attendent également à ce que les sources de lumière quantique puissent fonctionner en mode pulsé lorsqu'elles sont intégrées à l'électronique à radiofréquence. Leurs prochaines étapes seront d'apporter des améliorations afin de réaliser ces applications.

"Nous allons encore optimiser les performances et la taille de nos appareils pour faciliter l'intégration dans les systèmes de communications quantiques longue distance, " a déclaré Muller.

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