Jonction latérale n-i-p entraînée par SAW, et ses propriétés électriques et optiques. a Schéma de l'appareil. Les portes de surface des électrons et des trous induisent des électrons (région n) et des trous (région p) dans un puits quantique de GaAs, former une jonction latérale n-i-p le long d'un canal 1D gravé. Une SAW est générée en appliquant un signal RF à un transducteur (placé à 1 mm de la jonction n-i-p). b Schéma de principe montrant la structure de bande de la jonction n-i-p modulée par le potentiel SAW, pour une polarisation directe appliquée inférieure à la bande interdite. Un seul électron est transporté dans chaque minimum SAW, créant un seul photon lorsqu'il se recombine avec un trou. c Courant S-D (en haut) et intensité EL (en bas) en fonction de la fréquence RF appliquée à une puissance RF de 9 dBm. Ils montrent tous deux une amélioration significative autour de 1,163 GHz, qui est la fréquence de résonance SAW de l'IDT. d Intensité EL pilotée par SAW en fonction du temps. La caractéristique périodique de 860 ps correspond à la fréquence SAW appliquée de 1,163 GHz. e Spectre énergétique de l'EL piloté par SAW. Le spectre montre un pic à 1,531 eV (FWHM ~ 1 meV), qui correspond à l'énergie des excitons dans le puits quantique. Crédit: Communication Nature (2020). DOI :10.1038/s41467-020-14560-1
Des chercheurs de l'Université de Cambridge ont développé une nouvelle technique pour générer des photons uniques, en déplaçant des électrons uniques dans une diode électroluminescente (DEL) spécialement conçue. Cette technique, rapporté dans le journal Communication Nature , pourrait aider au développement des domaines émergents de la communication quantique et de l'informatique quantique.
Un seul photon, la particule élémentaire de lumière, peut transporter une information quantique sur des centaines de kilomètres. Par conséquent, une source qui peut générer des photons uniques est un élément important dans de nombreuses technologies quantiques. Jusqu'à maintenant, des sources de photons uniques ont été fabriquées dans des laboratoires de recherche à partir de points quantiques auto-assemblés dans des semi-conducteurs, ou des défauts structurels des diamants. La formation de ces points et défauts est un processus aléatoire, il est donc difficile de prédire l'emplacement et l'énergie photonique (ou longueur d'onde) de ces sources monophotoniques. Ce caractère aléatoire peut poser un défi lors de l'intégration d'une source dans un grand réseau quantique.
Dans cet article, les chercheurs montrent qu'ils peuvent générer un seul photon d'une manière différente, contrôlé, manière, sans avoir besoin d'un point quantique ou d'un défaut, en déplaçant un seul électron à la fois pour se recombiner avec un « trou » (un électron manquant dans une « bande » remplie d'électrons).
« Imaginez que vous essayez d'envoyer un message numérique en tirant un flot de balles bleues ou rouges sur un mur de la manière suivante. Une bande transporteuse avec des empreintes de la taille d'une balle traîne une série de balles blanches le long d'une pente et laisse tomber les balles d'une falaise à la fin. Chaque balle prend de la vitesse en tombant, est ensuite pulvérisé en bleu ou en rouge (selon le message) en rebondissant sur le côté et sur le mur', explique le Dr Tzu-Kan Hsiao, qui a fait l'expérience pendant son doctorat. à Cambridge.
« Les empreintes de la bande transporteuse ne peuvent transporter qu'une seule balle chacune.
Une seule balle est pulvérisée à la fois, et il n'y a aucune chance que certaines des balles soient interceptées par un espion sans que la personne à la réception ne remarque une balle manquante, alors que si parfois deux balles ou plus arrivent à la fois, l'espion peut attraper des balles impaires et le récepteur n'en est pas plus sage. De cette façon, une partie du message peut être divulguée involontairement.'
« Dans l'expérience, nous avons fabriqué un appareil près de la surface de l'arséniure de gallium (GaAs) en utilisant uniquement des procédés de fabrication compatibles avec l'industrie. Ce dispositif est constitué d'une région d'électrons proche d'une région de trous, et un canal étroit entre les deux', dit le professeur Christopher Ford, chef d'équipe de recherche.
"Afin de ne transporter qu'un électron à la fois, nous lançons une onde sonore le long de la surface. Dans GaAs, une telle « onde acoustique de surface » crée également une onde de potentiel électrique d'accompagnement, dans lequel chaque minimum de potentiel porte un seul électron. La vague potentielle, comme un tapis roulant, amène les électrons individuels dans la région des trous les uns après les autres. Une série de photons uniques est générée lorsque chaque électron se recombine rapidement avec un trou avant que l'électron suivant n'arrive.
Chaque photon pourrait recevoir l'une des deux polarisations pour véhiculer un message de telle sorte qu'un espion ne puisse pas intercepter le message sans être détecté.
En plus d'être une nouvelle source de photons uniques, plus important, il peut être possible avec cette nouvelle technique de convertir l'état d'un spin électronique en l'état de polarisation d'un photon. En reliant des ordinateurs quantiques à semi-conducteurs utilisant des photons uniques comme qubits « volants », l'objectif ambitieux de construire des réseaux d'informatique quantique distribués à grande échelle peut être atteint.
