Une équipe internationale dirigée par l'Institut des sciences des matériaux (ICMUV) de l'Université de Valence a développé un commutateur optique (quantique) qui modifie les propriétés d'émission des photons, les particules de rayonnement électromagnétique. Le nouvel appareil fonctionne avec des temps de commutation ultra-rapides et une très faible consommation d'énergie et, par rapport à d'autres modèles, il peut être mis en œuvre dans une variété de plates-formes semi-conductrices et est d'une grande application dans les technologies quantiques actuelles.

L'équipe coordonnée par Guillermo Muñoz Matutano, récemment réintégré à l'ICMUV, a publié dans la revue Physique des communications , du Groupe d'édition Nature, la conception, imeuble, mesure expérimentale et simulation de ce commutateur de photons.

Le principe de fonctionnement du dispositif est basé sur la technologie de confinement quantique à semi-conducteur nanostructuré, qui sont de petites structures de taille nanométrique capables d'absorber et d'émettre de la lumière. Les propriétés optiques de ces matériaux, appelés points quantiques, sont similaires à celles des atomes isolés et leur émission de lumière se fait photon à photon. Ils sont très intéressants pour développer des technologies quantiques, puisque des photons isolés ou des paires de photons peuvent être utilisés pour reproduire des conditions de chevauchement ou d'intrication.

Maintenant, l'un des enjeux scientifiques et technologiques dans ce domaine est orienté vers le développement de portes logiques et de circuits optiques pouvant effectuer des opérations avec des photons, et de cette façon, travailler et modifier les informations sous la description quantique. Par conséquent, des outils et des matériaux qui peuvent affecter l'émission de photons individuellement sont nécessaires. De tous, ceux qui manipulent et contrôlent les photons à l'aide de la lumière sont très intéressants, puisque des systèmes chaînés peuvent être construits ou qu'ils peuvent représenter d'importantes réductions de la consommation d'énergie. C'est le cas des appareils tout optique.

L'idée principale du travail est née d'une collaboration avec le chercheur Massimo Gurioli, de l'Université de Florence et du Laboratoire européen de spectroscopie non linéaire. Dans le cadre de cette collaboration, les processus d'accumulation et de saturation de la charge dans les boîtes quantiques d'arséniure d'indium (InAs) ont été étudiés en fonction de la puissance et de la couleur du laser d'éclairage.

L'une des propriétés exceptionnelles du nouveau dispositif est qu'à côté de la commutation temporaire, une commutation de la couleur du photon émis (sa longueur d'onde) peut être ajoutée si deux lasers différents sont utilisés. Cette qualité permet de penser à des dispositifs de multiplexage de photons par longueur d'onde (combinant deux ou plusieurs canaux d'information dans un support de transmission), de sorte que chaque couleur du photon est associée à l'un de ces canaux. Finalement, le principe physique de fonctionnement du dispositif est rempli par de nombreuses autres nanostructures à confinement quantique, cette nouvelle conception représente donc un schéma général qui peut être mis en œuvre dans une grande variété de plates-formes de semi-conducteurs.

La recherche menée par un réseau d'universités comprend l'Unité Matériaux et Dispositifs Optoélectroniques (UMDO) de l'ICMUV, dirigé par Juan P. Martínez Pastor, Professeur du Département de physique appliquée et d'électromagnétisme. Les principaux matériaux de l'appareil ont été fabriqués par le groupe de Luca Saravalli, chercheur au CNR italien, tandis que la simulation de son fonctionnement a été réalisée grâce à une collaboration avec Mattias Johnsson et Thomas Volz, de l'ARC Engineered Quantum Systems (EQUS) d'Australie, où Guillermo Muñoz a travaillé en tant que chercheur principal au cours des trois dernières années.