Une équipe internationale de chercheurs dirigée par l'Université Macquarie a démontré une nouvelle approche pour convertir la lumière laser ordinaire en une véritable lumière quantique.

Leur approche utilise des films d'épaisseur nanométrique en arséniure de gallium, qui est un matériau semi-conducteur largement utilisé dans les cellules solaires. Ils prennent en sandwich les films minces entre deux miroirs pour manipuler les photons entrants.

Les photons interagissent avec des paires électron-trou dans le semi-conducteur, formant de nouvelles particules chimériques appelées polaritons qui portent des propriétés à la fois des photons et des paires électron-trou. Les polaritons se désintègrent après quelques picosecondes, et les photons qu'ils libèrent présentent des signatures quantiques distinctes.

Les recherches des équipes ont été publiées dans la nuit dans la revue Matériaux naturels .

Alors que ces signatures quantiques sont faibles pour le moment, le travail ouvre une nouvelle voie pour produire des photons uniques à la demande.

« La capacité de produire des photons uniques à la demande est extrêmement importante pour les futures applications de la communication quantique et du traitement de l'information quantique optique, ", déclare le professeur agrégé Thomas Volz du Département de physique et d'astronomie et l'auteur principal de l'article. "Pensez au cryptage incassable, ordinateurs ultra-rapides, des puces informatiques plus efficaces ou même des transistors optiques avec une consommation d'énergie minimale."

Actuellement, les émetteurs à photons uniques sont généralement créés par l'ingénierie des matériaux, où le matériau lui-même est assemblé de manière à ce que le comportement «quantique» soit intégré.

Mais cette approche standard est confrontée à de sérieuses limitations à des échelles de plus en plus petites, car la production d'émetteurs de photons uniques identiques par l'ingénierie des matériaux purs est extrêmement difficile.

« Cela signifie que notre approche pourrait être beaucoup plus propice à une mise à l'échelle massive, une fois que nous serons en mesure d'augmenter la force des signatures quantiques que nous produisons. Nous pourrions être en mesure de fabriquer des émetteurs quantiques identiques à partir de semi-conducteurs par ingénierie des nanostructures photoniques, plutôt que par l'ingénierie directe des matériaux, " dit le Dr Guillermo Munoz Matutano, également de Macquarie et auteur principal de l'article.

« Alors que les applications du monde réel sont encore loin, notre article décrit une étape importante que la communauté polariton en particulier attend depuis dix à quinze ans. Le régime dans lequel les polaritons interagissent si fortement qu'ils peuvent imprimer des signatures quantiques sur les photons n'a pas été accessible à ce jour et ouvre un tout nouveau terrain de jeu pour les chercheurs dans le domaine, " dit Thomas.