Deux équipes de scientifiques du Technion-Israel Institute of Technology ont collaboré pour mener des recherches révolutionnaires menant au développement d'un domaine scientifique nouveau et innovant :les métamatériaux quantiques. Les résultats sont présentés dans un nouvel article conjoint publié dans la revue Science .

L'étude a été menée conjointement par le distingué professeur Mordechai Segev, du Département de physique et du Solid State Institute du Technion et de son équipe Tomer Stav et Dikla Oren, en collaboration avec le Prof. Erez Hasman de la Faculté de Génie Mécanique du Technion et son équipe Arkady Faerman, Elhanan Maguid, et le Dr Vladimir Kleiner. Les deux groupes sont également affiliés au Russell Berrie Nanotechnology Institute (RBNI).

Les chercheurs ont démontré pour la première fois qu'il est possible d'appliquer les métamatériaux au domaine de l'information et de l'informatique quantiques, ouvrant ainsi la voie à de nombreuses applications pratiques, notamment, entre autres, le développement de cryptages incassables, ainsi que d'ouvrir la porte à de nouvelles possibilités pour les systèmes d'information quantique sur puce.

Les métamatériaux sont des matériaux fabriqués artificiellement, composé de nombreuses structures artificielles à l'échelle nanométrique conçues pour répondre à la lumière de différentes manières. Les métasurfaces sont la version bidimensionnelle des métamatériaux :des surfaces extrêmement minces constituées de nombreuses nanoantennes optiques sublongueur d'onde, chacun conçu pour remplir une fonction spécifique lors de l'interaction avec la lumière.

Alors qu'à ce jour, l'expérimentation des métamatériaux s'est largement limitée à des manipulations utilisant la lumière classique, les chercheurs du Technion ont pour la première fois montré qu'il est expérimentalement possible d'utiliser des métamatériaux comme éléments constitutifs de l'optique quantique et de l'information quantique. Plus précisement, les chercheurs ont démontré l'utilisation de métamatériaux pour générer et manipuler l'intrication, ce qui est la caractéristique la plus cruciale de tout schéma d'information quantique.

"Ce que nous avons fait dans cette expérience, c'est d'amener le domaine des métamatériaux au domaine de l'information quantique, " dit le professeur Dist. Moti Segev, l'une des fondatrices de la Helen Diller Quantum Science, Centre de la matière et de l'ingénierie au Technion. "Avec la technologie d'aujourd'hui, on peut concevoir et fabriquer des matériaux aux propriétés électromagnétiques presque arbitraires. Par exemple, on peut concevoir et fabriquer une cape d'invisibilité qui peut cacher de petites choses au radar, ou l'on peut créer un milieu où la lumière se penche vers l'arrière. Mais jusqu'à présent, tout cela a été fait avec de la lumière classique. Ce que nous montrons ici, c'est comment exploiter les superbes capacités des matériaux artificiels nano-conçus pour générer et contrôler la lumière quantique. »

"Le composant clé ici est une métasurface diélectrique, " dit le professeur Erez Hasman, "qui agit différemment de la lumière polarisée gauche et droite, leur imposant des fronts de phases opposées qui ressemblent à des vis ou à des tourbillons, un dans le sens des aiguilles d'une montre et un dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. La métasurface devait être nano-fabriquée à partir de matériaux transparents, sinon – avions-nous inclus les métaux, comme dans la plupart des expériences avec des métamatériaux, les propriétés quantiques seraient détruites. »

"Ce projet a commencé dans l'esprit de deux étudiants talentueux - Tomer Stav et Arkady Faerman, " disent les professeurs Segev et Hasman, "qui nous est venu avec une idée révolutionnaire. Le projet ouvre de nombreuses nouvelles directions qui soulèvent des questions fondamentales ainsi que de nouvelles possibilités d'applications, par exemple, fabriquer des systèmes d'information quantique sur une puce et contrôler les propriétés quantiques lors de la conception. »