Chambre à vide avec résonateur optique haute finesse et atomes froids. Crédit :Université d'électrocommunications
Les photons sont considérés comme des supports d'information idéaux et devraient jouer un rôle important dans la communication quantique et le traitement de l'information, où la mécanique quantique permet une distribution de clés cryptographiques absolument sécurisée ainsi qu'un calcul beaucoup plus rapide que les ordinateurs conventionnels. Afin de profiter pleinement de l'information quantique portée par les photons, il est important de les faire interagir directement les uns avec les autres pour le traitement de l'information.
Cependant, les photons n'interagissent généralement pas entre eux. Il est donc nécessaire de médiatiser de telles interactions avec la matière pour réaliser une interaction photon-photon efficace, mais l'interaction lumière-matière est généralement extrêmement faible dans les milieux normaux.
Haruka Tanji-Suzuki et ses collègues de l'Institute for Laser Science, l'Université d'Electro-Communications, Tokyo, travaillent actuellement au développement de dispositifs quantiques tout optiques sensibles à une seule entrée de photon, comme un commutateur à photon unique dans lequel un photon entrant change l'état d'un autre photon.
Afin de réaliser la forte interaction lumière-matière qui est nécessaire pour de tels dispositifs, Tanji-Suzuki utilise un ensemble refroidi au laser d'atomes 87Rb (~10 uK) piégés dans un résonateur optique de haute finesse (finesse ~50000) dans une chambre à ultravide. Notamment, pour échanger un photon avec un photon dans un tel système, les chercheurs utilisent un effet connu sous le nom de « transparence induite par le vide » observé récemment par Tanji-Suzuki et al., dans lequel un champ électromagnétique aussi faible qu'un champ de vide (lumière sans photons) altère les propriétés optiques des atomes.
"La réalisation de tels dispositifs tout optiques à photon unique sera un grand pas vers la génération d'intrication multimode déterministe ainsi que des portes quantiques photoniques haute fidélité qui sont cruciales pour le traitement de l'information quantique tout optique, " dit Tanji-Suzuki.
